KR20240041265A - Steel material and mold - Google Patents

Steel material and mold Download PDF

Info

Publication number
KR20240041265A
KR20240041265A KR1020230126784A KR20230126784A KR20240041265A KR 20240041265 A KR20240041265 A KR 20240041265A KR 1020230126784 A KR1020230126784 A KR 1020230126784A KR 20230126784 A KR20230126784 A KR 20230126784A KR 20240041265 A KR20240041265 A KR 20240041265A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mass
amount
steel
mold
quenching
Prior art date
Application number
KR1020230126784A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
마사미치 가와노
Original Assignee
다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤 filed Critical 다이도 토쿠슈코 카부시키가이샤
Publication of KR20240041265A publication Critical patent/KR20240041265A/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • C21D1/28Normalising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • C21D1/32Soft annealing, e.g. spheroidising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78Combined heat-treatments not provided for above
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/001Heat treatment of ferrous alloys containing Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/007Heat treatment of ferrous alloys containing Co
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0068Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for particular articles not mentioned below
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/30Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron

Abstract

본 발명은, 0.25 질량% ≤ C ≤ 0.37 질량%; 0.08 질량% ≤ V ≤ 0.28 질량%; 6.60 질량% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40 질량%; Mn/Cr ≤ 0.150, Mn ≥ 0.60 질량%; Cr ≤ 6.60 질량%; Cu + Ni ≤ 0.84 질량%; 0.40 질량% ≤ Si ≤ 0.90 질량%; 0.60 질량% ≤ Mo ≤ 2.00 질량%; 0.001 질량% ≤ Al ≤ 0.080 질량%; 및 0.003 질량% ≤ N ≤ 0.040 질량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재에 관한 것이다.In the present invention, 0.25 mass% ≤ C ≤ 0.37 mass%; 0.08 mass% ≤ V ≤ 0.28 mass%; 6.60 mass% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40 mass%; Mn/Cr ≤ 0.150, Mn ≥ 0.60 mass%; Cr ≤ 6.60% by mass; Cu + Ni ≤ 0.84 mass%; 0.40 mass% ≤ Si ≤ 0.90 mass%; 0.60 mass% ≤ Mo ≤ 2.00 mass%; 0.001 mass% ≤ Al ≤ 0.080 mass%; and 0.003% by mass ≤ N ≤ 0.040% by mass, with the balance being Fe and inevitable impurities.

Description

강재 및 금형 {STEEL MATERIAL AND MOLD}Steel material and mold {STEEL MATERIAL AND MOLD}

본 발명은 강재 및 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 질량 이 크고 크기가 큰 금형을 제조하기에 적합한 강재 및 이를 이용한 금형에 관한 것이다.The present invention relates to steel materials and molds, and more specifically to mass It relates to steel materials suitable for manufacturing large-sized molds and molds using the same.

금형 사용 시 응력 및 열이 반복적으로 작용하기 때문에, 금형용 강재는 경도, 내(耐)충격성, 내히트체크성(heat check resistance) 및 내마모성 등의 복수의 특성이 우수할 것이 요구된다. 따라서, 이러한 특성을 갖는 강재에 관한 종래 기술에서 다양한 제안이 이루어져 왔다.Since stress and heat are applied repeatedly when using a mold, steel materials for molds are required to have excellent multiple properties such as hardness, impact resistance, heat check resistance, and wear resistance. Accordingly, various proposals have been made in the prior art regarding steel materials having these characteristics.

예컨대, 특허문헌 1에는, 소정량의 C, Si, Mn, Cr, Mo 및 V를 함유하하고 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 열간 가공 공구강이 개시되어 있다.For example, Patent Document 1 discloses a hot-working tool steel containing a predetermined amount of C, Si, Mn, Cr, Mo, and V, and the balance being Fe and inevitable impurities.

특허문헌 1에는, (A) Si의 양이 0.01질량% 이상 0.25질량% 미만으로 설정된 경우에, 공업적으로 금형 형상으로 가공하기에 충분한 피삭성(machinability)을 갖고, 범용 금형강(예컨대, JIS SKD61)보다 열전도도(thermal conductivity)가 높은 열간 가공 공구강을 얻을 수 있고, (B) Mn의 양, Cr의 양, Mo의 양 및 V의 양이 최적화된 경우에, 퀀칭성(hardenability) 및 충격값이 높은 열간 가공 공구강을 얻을 수 있다고 개시되어 있다.Patent Document 1 states that (A) when the amount of Si is set to 0.01 mass% or more and less than 0.25 mass%, it has sufficient machinability to be industrially processed into a mold shape, and general-purpose mold steel (e.g., JIS It is possible to obtain hot-working tool steel with higher thermal conductivity than SKD61), and (B) when the amount of Mn, amount of Cr, amount of Mo, and amount of V are optimized, hardenability and impact It is disclosed that high-value hot working tool steel can be obtained.

금형 제조 공정은 일반적으로 (a) 금형 제조에 적합한 강재를 제조하는 제1 단계 및 (b) 얻어진 강재로부터 금형을 제조하는 제2 단계를 포함한다.The mold manufacturing process generally includes (a) a first step of manufacturing a steel material suitable for mold manufacturing and (b) a second step of manufacturing a mold from the obtained steel material.

제1 단계(금형용 강재를 제조하는 단계)는 다양한 단계를 포함한다. 그의 주요 단계는, 용융 단계, 정련 단계, 주조 단계, 균질화 열처리 단계, 열간 가공 단계, 노멀라이징(normalizing) 단계, 템퍼링 단계 및 구상화 어닐링(spheroidizing annealing) 단계를 포함한다. 이 중, 노멀라이징 단계 및 템퍼링 단계 중 어느 하나 또는 둘 다 생략될 수 있다.The first step (manufacturing steel for a mold) includes various steps. Its main steps include melting step, refining step, casting step, homogenization heat treatment step, hot working step, normalizing step, tempering step and spheroidizing annealing step. Among these, either or both the normalizing step and the tempering step may be omitted.

제2 단계(강재로부터 금형을 제조하는 단계)는 그 중 하나의 단계로서 HT 단계를 포함한다.The second step (manufacturing a mold from steel) includes the HT step as one of the steps.

HT 단계는 일반적으로, (a) 구상화 어닐링된 강재를 대강의(rough) 금형 형상으로 가공(황삭 가공(rough machining))하는 단계, (b) 황삭 가공된 금형에 퀀칭(quenching)(H) 및 템퍼링(T)을 수행하는 단계, (c) 퀀칭 및 템퍼링된 금형에 정삭 가공(finish machining)을 수행하는 단계 및 (d) 필요에 따라, 마무리된 금형에 표면 개질을 수행하는 단계를 포함한다.The HT step generally includes (a) machining the nodular annealed steel into a rough mold shape (rough machining), (b) quenching the rough machined mold (H), and It includes performing tempering (T), (c) performing finish machining on the quenched and tempered mold, and (d) performing surface modification on the finished mold, if necessary.

HT 단계의 대상이 되는 강재 및 HT 단계에 의해 제조되는 금형에 요구되는 특성은 (1) 구상화 어닐링(SA)성, (2) 피삭성, (3) 퀀칭 속도가 낮은 경우의 충격값, (4) 내히트체크성 및 (5) 연화 저항성(softening resistance)을 포함한다.The properties required for steel materials subject to the HT step and molds manufactured by the HT step are (1) nodular annealing (SA) properties, (2) machinability, (3) impact value when the quenching rate is low, (4) ) heat check resistance and (5) softening resistance.

퀀칭 속도가 낮은 경우에도 높은 충격값을 얻기 위해서는, 3가지 인자, 즉 (a) 소량의 조대한 이물(foreign matter), (b) 퀀칭 시의 미세한 오스테나이트 결정립(austenite crystal grains) 및 (c) 높은 퀀칭성의 3가지 인자를 만족시킬 필요가 있다.To achieve high impact values even at low quenching rates, three factors must be considered: (a) small amount of coarse foreign matter, (b) fine austenite crystal grains during quenching, and (c) It is necessary to satisfy three factors for high quenchability.

그러나, 상기 5가지 특성을 모두 만족하는 강재를 제조하는 것은 용이하지 않다. 예컨대, 다이캐스팅 금형용 범용강인 SKD61은 SA성 및 피삭성에서는 우수하나, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성에서는 열위하다.However, it is not easy to manufacture steel that satisfies all of the above five characteristics. For example, SKD61, a general-purpose steel for die casting molds, is excellent in SA properties and machinability, but is inferior in impact value, heat check resistance, and softening resistance.

한편, SKD61의 결점(충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성)을 감소시켜 얻어지는 강재는 SA성 및 피삭성에서 전반적으로 열위하다. 즉, 상기 5가지 특성에 미치는 합금 원소들의 영향은 서로 상반되기 때문에, 5가지 특성을 동시에 향상시키는 것은 매우 어렵다.On the other hand, steel materials obtained by reducing the defects of SKD61 (impact value, heat check resistance, and softening resistance) are overall inferior in SA properties and machinability. That is, because the effects of alloy elements on the above five properties are contradictory to each other, it is very difficult to improve the five properties simultaneously.

일본 공개특허공보 특개2011-001572호Japanese Patent Publication No. 2011-001572

본 발명의 목적은, SA성, 피삭성, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성의 5가지 특성 모두에서 양호한 강재를 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to provide a steel material that is good in all five properties of SA properties, machinability, impact value, heat check resistance, and softening resistance.

본 발명의 다른 목적은, 강재의 질량 및 크기가 모두 큰 경우에도 SA성, 피삭성, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성의 5가지 특성 모두에서 양호한 강재를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a steel material that is good in all five properties of SA properties, machinability, impact value, heat check resistance, and softening resistance even when both the mass and size of the steel material are large.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 강재로 제조된 금형을 제공하는 것이다.Additionally, another object of the present invention is to provide a mold made from such steel.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 강재는: In order to solve the above problems, the steel according to the present invention:

0.25질량% ≤ C ≤ 0.37질량%; 0.25% by mass ≤ C ≤ 0.37% by mass;

0.08질량% ≤ V ≤ 0.28질량%; 0.08 mass% ≤ V ≤ 0.28 mass%;

6.60질량% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40질량%; 6.60% by mass ≤ Mn + Cr ≤ 7.40% by mass;

Mn / Cr ≤ 0.150; Mn/Cr≤0.150;

Mn ≥ 0.60질량%; Mn ≥ 0.60% by mass;

Cr ≤ 6.60질량%; Cr ≤ 6.60% by mass;

Cu + Ni ≤ 0.84질량%; Cu + Ni ≤ 0.84% by mass;

0.40질량% ≤ Si ≤ 0.90질량%; 0.40 mass% ≤ Si ≤ 0.90 mass%;

0.60질량% ≤ Mo ≤ 2.00질량%; 0.60% by mass ≤ Mo ≤ 2.00% by mass;

0.001질량% ≤ Al ≤ 0.080질량%; 및 0.001 mass% ≤ Al ≤ 0.080 mass%; and

0.003질량% ≤ N ≤ 0.040질량%0.003 mass% ≤ N ≤ 0.040 mass%

를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.It contains, and the balance consists of Fe and inevitable impurities.

본 발명에 따른 금형은 본 발명에 따른 강재로 제조되며 질량이 2000kg 이상이다.The mold according to the present invention is manufactured from steel according to the present invention and has a mass of 2000 kg or more.

본 발명에 따른 강재는 두 가지 주요 특징이 있다. 첫 번째 특징은 C의 양 및 V의 양이 상대적으로 적다는 것이다. 이에 따라, 조대한 이물에 의한 충격값의 저하를 방지할 수 있다. 한편, C의 양 및 V의 양이 적은 경우에는, 퀀칭 시 오스테나이트 결정립이 조대화되기 쉽다. 하지만, C의 양 및 V의 양을 감소시키는 것과 동시에 Al 및 N을 적정량 첨가하고 퀀칭 조건을 조정함으로써, 퀀칭 시 오스테나이트 결정립의 조대화에 의한 충격값의 저하를 방지할 수 있다.The steel according to the present invention has two main characteristics. The first characteristic is that the amount of C and the amount of V are relatively small. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in impact value due to coarse foreign substances. On the other hand, when the amounts of C and V are small, austenite grains tend to coarsen during quenching. However, by reducing the amounts of C and V, adding appropriate amounts of Al and N, and adjusting the quenching conditions, it is possible to prevent a decrease in impact value due to coarsening of austenite grains during quenching.

두 번째 주요 특징은 Cr의 양 및 Mn의 양을 개별적으로 한정함과 동시에, Mn의 양 및 Cr의 양의 최적 범위를 찾기 위해 파라미터 "Mn + Cr"과 "Mn/Cr"을 도입한 것이다. Mn의 양 및 Cr의 양이 최적화된 경우, SA성이 향상되고, 퀀칭성의 저하로 인한 충격값의 감소가 방지되고, 연화 저항성이 향상된다.The second main feature is the introduction of the parameters “Mn + Cr” and “Mn/Cr” to find the optimal range of the amount of Mn and the amount of Cr, while individually defining the amount of Cr and the amount of Mn. When the amounts of Mn and Cr are optimized, SA properties are improved, a decrease in impact value due to a decrease in quenchability is prevented, and softening resistance is improved.

특히, "퀀칭성" 및 "연화 저항성"뿐만 아니라, "SA성" 및 "퀀칭성"은 원소들의 영향이 서로 상반되는 특성이다. 그러나, Cr의 양 및 Mn의 양이 최적화된 경우, 양 특성 모두 달성될 수 있다.In particular, "quenchability" and "softening resistance", as well as "SA property" and "quenchability" are properties in which the effects of elements are opposite to each other. However, if the amount of Cr and the amount of Mn are optimized, both properties can be achieved.

또한, "피삭성" 및 "내히트체크성"은 일반적으로 원소들의 영향이 서로 상반되는 특성이다. 한편, 본 발명에서는, 상기 두 가지 특징에 더하여, Si의 양을 최적화함으로써, 피삭성 및 내히트체크성이 모두 달성될 수 있다.In addition, “machinability” and “heat check resistance” are generally characteristics in which the effects of elements are opposed to each other. Meanwhile, in the present invention, in addition to the above two features, both machinability and heat check resistance can be achieved by optimizing the amount of Si.

도 1은 C의 양과 충격값 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 V의 양과 충격값 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 C의 양 및 V의 양의 범위를 나타내는 도면이다.
도 4는 CCT 다이어그램의 개략도이다.
도 5는 강종에 따른 임계 냉각 속도 X의 차이를 나타내는 개략도이다.
도 6은 Mn+Cr의 양이 임계 냉각 속도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 7은 퀀칭 속도가 낮은 경우에 Mn+Cr의 양이 충격값에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 8은 Mn/Cr이 SA 후 시험편(test piece)의 경도에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 9는 Mn의 양 및 Cr의 양의 범위를 나타내는 도면이다.
도 10은 Si의 양이 피삭성에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 11은 Si의 양이 내히트체크성에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 12는 Mo의 양이 파괴 인성(fracture toughness)에 미치는 영향을 나타내는 도면이다.
도 13은 시험편의 절단 위치를 예시하는 개략도이다.
Figure 1 is a diagram showing the relationship between the amount of C and the impact value.
Figure 2 is a diagram showing the relationship between the amount of V and the impact value.
Figure 3 is a diagram showing the ranges of the amount of C and the amount of V.
Figure 4 is a schematic diagram of a CCT diagram.
Figure 5 is a schematic diagram showing the difference in critical cooling rate
Figure 6 is a diagram showing the effect of the amount of Mn+Cr on the critical cooling rate.
Figure 7 is a diagram showing the effect of the amount of Mn+Cr on the impact value when the quenching speed is low.
Figure 8 is a diagram showing the effect of Mn/Cr on the hardness of a test piece after SA.
Figure 9 is a diagram showing the ranges of the amount of Mn and the amount of Cr.
Figure 10 is a diagram showing the effect of the amount of Si on machinability.
Figure 11 is a diagram showing the effect of the amount of Si on heat check resistance.
Figure 12 is a diagram showing the effect of the amount of Mo on fracture toughness.
Figure 13 is a schematic diagram illustrating the cutting position of the test piece.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail.

[1. 강재][One. steel]

[1.1. 조성][1.1. Furtherance]

[1.1.1. 주(main)구성 원소][1.1.1. [Main constituent elements]

본 발명에 따른 강재는 하기 원소들을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 첨가 원소의 종류, 성분 범위 및 그 한정 이유는 다음과 같다.The steel material according to the present invention contains the following elements, the balance being Fe and inevitable impurities. The types of added elements, component ranges, and reasons for their limitation are as follows.

(1) 0.25 질량% ≤ C ≤ 0.37 질량%:(1) 0.25 mass% ≤ C ≤ 0.37 mass%:

직경 0.5㎛ 미만의 미세 입자들(탄화물, 탄질화물)은 퀀칭을 위한 가열 시 오스테나이트 결정립의 성장을 방지하는 "피닝(pinning) 입자"로서 기능한다. C의 양이 너무 적을 경우에는, 퀀칭을 위한 가열 시 피닝 입자의 양이 충분하지 않게 된다. 그 결과, 결정립이 조대화될 수 있고, 충격값, 파괴 인성값 및 연성 등의 강재 특성이 열화(deteriorated)될 수 있다.Fine particles (carbides, carbonitrides) with a diameter of less than 0.5 μm function as “pinning particles” that prevent the growth of austenite grains when heated for quenching. If the amount of C is too small, the amount of pinning particles will not be sufficient when heated for quenching. As a result, grains may become coarse, and steel properties such as impact value, fracture toughness value, and ductility may be deteriorated.

또한, C의 양이 너무 적은 경우에는, 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 과도하게 높아진다. 그 결과, 퀀칭성은 높아지지만 충격값이 저하될 수 있다.Additionally, when the amount of C is too small, the martensite transformation start temperature (Ms point) becomes excessively high. As a result, quenchability increases but impact value may decrease.

또한, C의 양이 너무 적은 경우에는, 560℃ 내지 600℃에서 템퍼링하여 45 HRC 이상의 경도를 얻기 어렵다. 높은 내히트체크성을 확보하기 위해서는 45 HRC 이상의 경도가 요구된다.Additionally, if the amount of C is too small, it is difficult to obtain hardness of 45 HRC or more by tempering at 560°C to 600°C. In order to secure high heat resistance, a hardness of 45 HRC or higher is required.

따라서, C의 양은 0.25 질량% 이상일 필요가 있다. C의 양은 0.26 질량% 이상이 바람직하고, 0.27 질량% 이상이 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of C needs to be 0.25% by mass or more. The amount of C is preferably 0.26 mass% or more, and more preferably 0.27 mass% or more.

한편, C의 양이 과도한 경우에는, 주조 시에 조대한 탄화물 또는 탄질화물이 결정화될 수 있다. 이러한 결정화된 물질은 충격값을 감소시키는 "이물"이 된다. 조대한 이물은 열처리(균질화 열처리, 노멀라이징 및 구상화 어닐링)에 의해 용해 및 제거가 곤란하다. 조대한 이물은 퀀칭 및 템퍼링 후에도 완전히 용해되지 않고 남아 있는 경우가 종종 있다. 조대한 이물은 균질화 열처리 시에 용해되고 크기가 감소되지만, 여전히 직경 3㎛를 초과하는 상태로 관찰된다. 완전히 용해되지 않고 남아 있는 이물은 파괴의 기점이 되고 충격값 및 피로 강도의 저하를 초래한다.On the other hand, if the amount of C is excessive, coarse carbides or carbonitrides may crystallize during casting. These crystallized substances become “foreign bodies” that reduce the impact value. Coarse foreign substances are difficult to dissolve and remove through heat treatment (homogenization heat treatment, normalizing, and spheroidizing annealing). Coarse foreign substances often remain without being completely dissolved even after quenching and tempering. Coarse foreign substances are dissolved and reduced in size during homogenization heat treatment, but are still observed to exceed 3 μm in diameter. Foreign matter that remains without being completely dissolved becomes the starting point of destruction and causes a decrease in impact value and fatigue strength.

또한, 잉곳이 열간 가공에 의해 블록형(block-shaped) 또는 봉형(bar-shaped)의 강재로 형성되는 경우에, 열간 가공 후의 냉각 속도가 낮은 경우, 충격값이 저하될 수 있다. C의 양이 과도한 경우에는, 이러한 현상이 명확하다.Additionally, when the ingot is formed of a block-shaped or bar-shaped steel material by hot working, if the cooling rate after hot working is low, the impact value may decrease. When the amount of C is excessive, this phenomenon is clear.

따라서, C의 양은 0.37질량% 이하일 필요가 있다. C의 양은 0.36질량% 이하가 바람직하고, 0.35질량% 이하가 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of C needs to be 0.37% by mass or less. The amount of C is preferably 0.36 mass% or less, and more preferably 0.35 mass% or less.

(2) 0.08 질량% ≤ V ≤ 0.28 질량%:(2) 0.08 mass% ≤ V ≤ 0.28 mass%:

V는 강 중의 C 및/또는 N과 결합하여 탄화물, 탄질화물 및/또는 질화물을 형성한다. 이들 모두는 피닝 입자로서 기능한다. 따라서, V의 양이 너무 적을 경우에는, 퀀칭을 위한 가열 시 피닝 입자의 양이 충분하지 않다.V combines with C and/or N in steel to form carbides, carbonitrides and/or nitrides. All of these function as pinning particles. Therefore, if the amount of V is too small, the amount of pinning particles is not sufficient when heated for quenching.

또한, V의 양이 너무 적은 경우에는, 템퍼링 시 2차 경화도가 저하된다. 그 결과, 560℃ 내지 600℃의 템퍼링 시에, 45 HRC 이상의 경도를 얻기 어렵다.Additionally, if the amount of V is too small, the secondary hardenability decreases during tempering. As a result, it is difficult to obtain hardness of 45 HRC or more during tempering at 560°C to 600°C.

따라서, V의 양은 0.08 질량% 이상일 필요가 있다. V의 양은 0.09 질량% 이상이 바람직하고, 0.10 질량% 이상이 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of V needs to be 0.08 mass% or more. The amount of V is preferably 0.09 mass% or more, and more preferably 0.10 mass% or more.

한편, V의 양이 과도한 경우에는, 조대한 이물이 증가하게 된다. 또한, 열간 가공 후의 냉각 속도가 낮은 경우에는, 충격값이 감소하는 현상이 명확해질 수 있다.On the other hand, when the amount of V is excessive, coarse foreign matter increases. Additionally, when the cooling rate after hot working is low, the phenomenon of reduced impact value may become apparent.

따라서, V의 양은 0.28 질량% 이하일 필요가 있다. V의 양은 0.27 질량% 이하가 바람직하고, 0.26 질량% 이하가 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of V needs to be 0.28 mass% or less. The amount of V is preferably 0.27 mass% or less, and more preferably 0.26 mass% or less.

(3) 6.60 질량% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40 질량%:(3) 6.60 mass% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40 mass%:

Mn 및 Cr은 모두 퀀칭성에 영향을 미친다. Mn+Cr의 양이 너무 적은 경우에는, 퀀칭성이 충분하지 않다. 그 결과, 특히, 대형 금형의 내부(퀀칭 속도가 낮은 영역)에서는 충격값이 현저하게 저하될 수 있다. 따라서, Mn+Cr의 양은 6.60질량% 이상일 필요가 있다. Mn+Cr의 양은 6.65질량% 이상이 바람직하고, 6.70질량% 이상이 더욱 바람직하다.Both Mn and Cr affect quenchability. If the amount of Mn+Cr is too small, quenching properties are not sufficient. As a result, impact values can be significantly reduced, especially inside large molds (areas with low quenching rates). Therefore, the amount of Mn+Cr needs to be 6.60% by mass or more. The amount of Mn+Cr is preferably 6.65 mass% or more, and more preferably 6.70 mass% or more.

한편, Mn+Cr의 양이 과도한 경우에는, 열전도도가 현저하게 저하된다. 그 결과, 열응력의 증가에 의해 내히트체크성 열화된다. 따라서, Mn+Cr의 양은 7.40질량% 이하일 필요가 있다. Mn+Cr의 양은 7.35질량% 이하가 바람직하고, 7.30질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, when the amount of Mn+Cr is excessive, thermal conductivity significantly decreases. As a result, heat check resistance deteriorates due to an increase in thermal stress. Therefore, the amount of Mn+Cr needs to be 7.40 mass% or less. The amount of Mn+Cr is preferably 7.35 mass% or less, and more preferably 7.30 mass% or less.

(4) Mn/Cr ≤ 0.150:(4) Mn/Cr ≤ 0.150:

강에 함유된 Cr의 질량에 대한 Mn의 질량의 비(Mn/Cr)는 SA성에 영향을 미친다. Mn/Cr이 너무 큰 경우에는, SA성이 열화된다. 따라서, Ac3점을 초과하는 가열 온도로 SA에서 강재를 98 HRB 이하로 연화시키기 위해서는, 냉각 속도가 10 ℃/H 미만일 필요가 있다. 그 결과, SA 단계가 더 길어지게 되고, 생산성이 저하된다. 또한, 결정립이 조대하고 Mn/Cr이 큰 경우에는, SA 불량(SA failure)이 일어나기 쉽다.The ratio of the mass of Mn to the mass of Cr contained in the steel (Mn/Cr) affects SA properties. If Mn/Cr is too large, SA properties deteriorate. Therefore, to soften steel to 98 HRB or less in SA with heating temperatures exceeding the A c3 point, the cooling rate needs to be less than 10 °C/H. As a result, the SA phase becomes longer and productivity decreases. Additionally, when the crystal grains are coarse and Mn/Cr is large, SA failure is likely to occur.

따라서, Mn/Cr은 0.150 이하일 필요가 있다. Mn/Cr은 0.148 이하가 바람직하고, 0.145 이하가 더욱 바람직하다.Therefore, Mn/Cr needs to be 0.150 or less. Mn/Cr is preferably 0.148 or less, and more preferably 0.145 or less.

(5) Mn ≥ 0.60 질량%:(5) Mn ≥ 0.60 mass%:

Mn은 퀀칭성에 영향을 미친다. Mn의 양이 너무 적은 경우에는, 퀀칭성이 열화된다. Mn의 양이 적은 경우에 퀀칭성을 확보하기 위해서는, Cr의 양을 늘릴 필요가 있다. 그러나, Cr의 양이 과도한 경우에는, 후술하는 문제가 뚜렷해질 수 있다.Mn affects quenchability. If the amount of Mn is too small, quenchability deteriorates. In order to ensure quenching properties when the amount of Mn is small, it is necessary to increase the amount of Cr. However, if the amount of Cr is excessive, problems described later may become apparent.

따라서, Mn의 양은 0.60질량% 이상일 필요가 있다. Mn의 양은 0.62질량% 이상이 바람직하고, 0.65질량% 이상이 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of Mn needs to be 0.60% by mass or more. The amount of Mn is preferably 0.62 mass% or more, and more preferably 0.65 mass% or more.

(6) Cr ≤ 6.60 질량%:(6) Cr ≤ 6.60% by mass:

Cr의 양이 과도한 경우에는, 연화 저항성이 저하된다. 즉, 다이캐스팅 금형으로 사용 시 용융 금속과 접촉하는 금형의 표면은 고온으로 가열되고, 고온으로 가열된 금형의 표면은 연화되기 쉽다. 연화로 인해 고온 강도가 저하되는 경우에는, 내히트체크성도 열화된다. 또한, 최대 경도를 초과하는 경도를 갖는 영역의 연화가 현저하고, 템퍼링 경도의 조정이 어렵다. 이는 경도가 로(furnace) 온도의 변화에 민감하기 때문이다.When the amount of Cr is excessive, softening resistance decreases. That is, when used as a die casting mold, the surface of the mold in contact with the molten metal is heated to a high temperature, and the surface of the mold heated to a high temperature is prone to softening. If the high temperature strength decreases due to softening, the heat check resistance also deteriorates. Additionally, softening of areas with hardness exceeding the maximum hardness is significant, and adjustment of tempering hardness is difficult. This is because hardness is sensitive to changes in furnace temperature.

또한, Cr의 양이 과도한 경우에는 열전도도가 저하된다. 그 결과, 열응력이 증가하고 내히트체크성이 열화된다. 또한, Si의 양이 0.50질량% 이하인 경우에는, Cr의 양이 증가되면 피삭성이 현저하게 저하된다.Additionally, when the amount of Cr is excessive, thermal conductivity decreases. As a result, thermal stress increases and heat check resistance deteriorates. Additionally, when the amount of Si is 0.50% by mass or less, machinability significantly deteriorates as the amount of Cr increases.

따라서, Cr의 양은 6.60질량% 이하일 필요가 있다. Cr의 양은 6.55질량% 이하가 바람직하고, 6.50질량% 이하가 더욱 바람직하다.Therefore, the amount of Cr needs to be 6.60% by mass or less. The amount of Cr is preferably 6.55% by mass or less, and more preferably 6.50% by mass or less.

(7) Cu + Ni ≤ 0.84 질량%:(7) Cu + Ni ≤ 0.84% by mass:

본 발명에서는, 상술한 바와 같이, Cr과 Mn 사이의 밸런스(Cr의 양, Mn의 양, Mn+Cr의 양, Mn/Cr의 비)에 의해 SA성, 퀀칭성 및 연화 저항성이 확보된다. 한편, Cu 및 Ni는 모두 퀀칭성을 향상시키는 효과가 있지만, SA성을 열화시킨다. 또한, Cu 및 Ni는 연화 저항성에는 현저한 영향을 주지 않고, 오히려 SA성에 현저한 악영향을 미친다. Cu의 양이 Ni의 양보다 많은 경우에는, 열간 가공성이 열화된다. 따라서, Cu 및 Ni의 총량을 한정하고, 퀀칭성 및 SA성에 미치는 영향이 적은 범위 내로 총량의 상한을 한정한다.In the present invention, as described above, SA properties, quenching properties and softening resistance are secured by the balance between Cr and Mn (amount of Cr, amount of Mn, amount of Mn+Cr, ratio of Mn/Cr). On the other hand, both Cu and Ni have the effect of improving quenching properties, but deteriorate SA properties. Additionally, Cu and Ni do not significantly affect softening resistance, but rather have a significant adverse effect on SA properties. When the amount of Cu is greater than the amount of Ni, hot workability deteriorates. Therefore, the total amount of Cu and Ni is limited, and the upper limit of the total amount is limited to a range that has little effect on quenching properties and SA properties.

합금 원소가 강의 퀀칭성 향상에 미치는 영향의 지표로서 "퀀칭성 특성값"이 사용된다. 퀀칭성 특성값은 그 값이 클수록 퀀칭성 향상의 효과가 크다는 것을 의미한다. 퀀칭성 특성값은 합금 원소의 각 종류 및 그 첨가량에 따라 결정된다. 성분이 다른 강의 퀀칭성은 합금 원소의 종류 및 그 양에 대응하는 경화성 특성값의 부가된 값(added value)에 의해 평가된다.The “quenchability characteristic value” is used as an indicator of the influence of alloying elements on improving the quenchability of steel. The larger the value of the quenching property, the greater the effect of improving the quenching property. The quenching property value is determined depending on each type of alloy element and its added amount. The quenchability of steels with different compositions is evaluated by the added value of the hardenability characteristic value corresponding to the type and amount of alloying elements.

여기서, 0.10 질량%의 Mn이 첨가된 경우의 퀀칭성 특성값은 0.125이다. 한편, 0.42 질량%의 Ni가 첨가된 경우의 퀀칭성 특성값은 0.062이고, 0.42 질량%의 Cu가 첨가된 경우의 퀀칭성 특성값도 0.062이다. 즉, Cu 및 Ni가 각각 0.42 질량% 첨가(전체로 0.84 질량% 첨가)된 경우의 퀀칭성 특성값(부가된 값)은 0.124이다. 이 값은 0.10 질량%의 Mn이 첨가된 경우의 퀀칭성 특성값(= 0.125)과 실질적으로 동등한 값이다. 이 사실은 Cu + Ni의 양이 0.84 질량% 이하인 경우, 퀀칭성 향상에 대한 영향이 작음을 의미한다. Cu + Ni의 양이 약 0.84 질량%인 경우에는, 고온 강도 증가에 대한 영향도 작다.Here, the quenching property value when 0.10% by mass of Mn is added is 0.125. Meanwhile, the quenching property value when 0.42 mass% of Ni is added is 0.062, and the quenching property value when 0.42 mass% of Cu is added is also 0.062. That is, the quenching property value (added value) when 0.42% by mass of Cu and Ni are added each (0.84% by mass added in total) is 0.124. This value is substantially equivalent to the quenching characteristic value (= 0.125) when 0.10 mass% of Mn is added. This fact means that when the amount of Cu + Ni is 0.84 mass% or less, the effect on improving quenchability is small. When the amount of Cu + Ni is about 0.84% by mass, the influence on the increase in high temperature strength is also small.

한편, Cu+Ni의 양이 약 0.84질량%인 경우, 여러 가지 문제가 뚜렷해진다. 구체적으로는, 예컨대, 열간 가공 시에 균열(crack)이 발생하기 쉽고, SA성이 열화되고, 비용이 상승하게 된다. 따라서, Cu+Ni의 양은 0.84질량% 이하일 필요가 있다. 퀀칭성을 확보하기 위한 Mn+Cr의 양이 6.60질량% 이상이기 때문에, Cu+Ni의 양이 0.84질량% 이하인 경우에는 퀀칭성에 큰 영향을 주지 않는 것이 명확하다. Cu+Ni의 양은 0.78질량% 이하가 바람직하고, 0.72질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, when the amount of Cu+Ni is about 0.84% by mass, various problems become apparent. Specifically, for example, cracks are likely to occur during hot processing, SA properties are deteriorated, and costs increase. Therefore, the amount of Cu+Ni needs to be 0.84 mass% or less. Since the amount of Mn+Cr to ensure quenchability is 6.60% by mass or more, it is clear that when the amount of Cu+Ni is 0.84% by mass or less, it does not significantly affect quenchability. The amount of Cu+Ni is preferably 0.78 mass% or less, and more preferably 0.72 mass% or less.

(8) 0.40 질량% ≤ Si ≤ 0.90 질량%:(8) 0.40 mass% ≤ Si ≤ 0.90 mass%:

Si의 양이 너무 적은 경우에는, 피삭성이 저하되고, 대형 금형에 대한 가공을 공업적으로 안정적으로 실시하는 것이 어렵다. 특히, 본 발명의 강재는 대형 금형을 제조하기 위한 것이기 때문에, 절단되는 양이 많고, 양호한 피삭성이 요구된다. 따라서, Si의 양은 0.40질량% 이상일 필요가 있다. Si의 양은 0.45질량% 이상이 바람직하고, 0.50질량% 이상이 더욱 바람직하다.If the amount of Si is too small, machinability decreases, and it is difficult to perform industrially stable machining of large molds. In particular, since the steel material of the present invention is intended for manufacturing large molds, the amount of cutting is large and good machinability is required. Therefore, the amount of Si needs to be 0.40% by mass or more. The amount of Si is preferably 0.45 mass% or more, and more preferably 0.50 mass% or more.

한편, C의 양, V의 양 및 N의 양이 많은 경우에는, Si의 양이 과도하면, 조대한 결정화된 물질들이 늘어날 수 있다. 또한, 열간 가공 후의 냉각 속도가 낮은 경우에는, 충격값이 저하되는 현상이 명확해질 수 있다. 또한, 열전도도의 저하로 인해, 강재가 금형으로서 사용되는 경우에 열응력이 커질 수 있고, 내히트체크성이 저하될 수 있다. 따라서, Si의 양은 0.90질량% 이하일 필요가 있다. Si의 양은 0.85질량% 이하가 바람직하고, 0.80질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, when the amount of C, V, and N are large and the amount of Si is excessive, coarse crystallized materials may increase. Additionally, when the cooling rate after hot working is low, the phenomenon of lowering the impact value may become apparent. Additionally, due to a decrease in thermal conductivity, thermal stress may increase and heat check resistance may decrease when steel is used as a mold. Therefore, the amount of Si needs to be 0.90 mass% or less. The amount of Si is preferably 0.85 mass% or less, and more preferably 0.80 mass% or less.

(9) 0.60 질량% ≤ Mo ≤ 2.00 질량%:(9) 0.60 mass% ≤ Mo ≤ 2.00 mass%:

Mo의 양이 너무 적은 경우에는, 템퍼링 시의 2차 경화도가 감소된다. 따라서, Mo의 양이 너무 적은 경우에는, 560℃ 내지 600℃의 템퍼링 시에 45 HRC 이상의 경도를 얻기 어렵다. 또한, 연화 저항성 및 고온 강도가 충분하지 않을 수 있고, 내히트체크성이 열화될 수 있다. 따라서, Mo의 양은 0.60 질량% 이상일 필요가 있다. Mo의 양은 0.70 질량% 이상이 바람직하고, 0.80 질량% 이상이 더욱 바람직하다.If the amount of Mo is too small, the degree of secondary hardening during tempering decreases. Therefore, if the amount of Mo is too small, it is difficult to obtain hardness of 45 HRC or more during tempering at 560°C to 600°C. Additionally, softening resistance and high temperature strength may not be sufficient, and heat check resistance may be deteriorated. Therefore, the amount of Mo needs to be 0.60 mass% or more. The amount of Mo is preferably 0.70 mass% or more, and more preferably 0.80 mass% or more.

한편, Mo의 양이 과도한 경우에는, 피삭성이 저하된다. 특히, Si의 양이 적은 경우에는, Mo의 양이 과도한 경우에, 피삭성이 현저하게 저하된다. 또한, Mo의 양이 과도한 경우에는, 파괴 인성이 저하될 수 있다. 이러한 경향은 Si의 양이 많은 경우에 뚜렷하다. 따라서, Mo의 양은 2.00 질량% 이하일 필요가 있다. Mo의 양은 1.95 질량% 이하가 바람직하고, 1.90 질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, when the amount of Mo is excessive, machinability decreases. In particular, when the amount of Si is small and when the amount of Mo is excessive, machinability is significantly reduced. Additionally, if the amount of Mo is excessive, fracture toughness may decrease. This tendency is evident when the amount of Si is large. Therefore, the amount of Mo needs to be 2.00% by mass or less. The amount of Mo is preferably 1.95 mass% or less, and more preferably 1.90 mass% or less.

(10) 0.001 질량% ≤ Al ≤ 0.080 질량%:(10) 0.001 mass% ≤ Al ≤ 0.080 mass%:

본 발명에 따른 강재에서는, C의 양 및 V의 양이 기존의 열간 가공 다이강(hot work die steel)(SKD61)에 비해 훨씬 적다. 따라서, 퀀칭을 위한 가열 시 피닝 입자로서 기능하는 V계 탄화물, 탄질화물 및 질화물의 양이 SKD61에 비해 더 적다. 따라서, 본 발명에서는, 오스테나이트 결정립의 성장을 방지하는데 AlN 입자도 사용된다.In the steel according to the present invention, the amount of C and the amount of V are much lower than that of conventional hot work die steel (SKD61). Therefore, the amount of V-based carbides, carbonitrides, and nitrides that function as pinning particles when heated for quenching is smaller than that of SKD61. Therefore, in the present invention, AlN particles are also used to prevent the growth of austenite grains.

Al의 양이 너무 적은 경우에는, 정련 시 산소를 저감시키기 어렵고, 산화물의 양이 많아져, 충격값이 저하될 수 있다. 또한, Al의 양이 너무 적은 경우에는, 피닝 입자로서 기능하는 AlN의 양이 충분하지 않다. 그 결과, 퀀칭을 위한 가열 시 오스테나이트 결정립이 조대화될 수 있고, 충격값, 파괴 인성 및/또는 연성이 저하될 수 있다. 따라서, Al의 양은 0.001질량% 이상일 필요가 있다. Al의 양은 0.002질량% 이상이 바람직하고, 0.003질량% 이상이 더욱 바람직하다.If the amount of Al is too small, it is difficult to reduce oxygen during refining, the amount of oxide increases, and the impact value may decrease. Additionally, when the amount of Al is too small, the amount of AlN functioning as pinning particles is not sufficient. As a result, austenite grains may coarsen when heated for quenching, and impact value, fracture toughness and/or ductility may be reduced. Therefore, the amount of Al needs to be 0.001 mass% or more. The amount of Al is preferably 0.002 mass% or more, and more preferably 0.003 mass% or more.

한편, Al의 양이 과도한 경우에는, 조대한 알루미나 입자들이 증가될 수 있고, 충격값 및 피로 강도가 저하될 수 있다. 또한, 열전도도가 저하될 수 있고, 내히트체크성이 열화될 수 있다. 따라서, Al의 양은 0.080 질량% 이하일 필요가 있다. Al의 양은 0.070 질량% 이하가 바람직하고, 0.060 질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, if the amount of Al is excessive, coarse alumina particles may increase, and impact value and fatigue strength may decrease. Additionally, thermal conductivity may decrease and heat check resistance may deteriorate. Therefore, the amount of Al needs to be 0.080 mass% or less. The amount of Al is preferably 0.070 mass% or less, and more preferably 0.060 mass% or less.

피삭성을 향상시키기 위해 Ca가 첨가된 경우에는, 화합물의 형태를 최적화하기 위해 Al의 양이 매우 중요하다.When Ca is added to improve machinability, the amount of Al is very important to optimize the shape of the compound.

(11) 0.003 질량% ≤ N ≤ 0.040 질량%:(11) 0.003 mass% ≤ N ≤ 0.040 mass%:

본 발명에서는, 퀀칭을 위한 가열 시에 AlN 입자를 오스테나이트상에 분산시키기 위해, Al의 양과 함께 N의 양도 한정한다. N의 양이 너무 적은 경우에는, 피닝 입자로서 기능하는 AlN의 양이 충분하지 않다. 그 결과, 퀀칭을 위한 가열 시에 오스테나이트 결정립이 조대화될 수 있고, 충격값, 파괴 인성값 및/또는 연성이 저하될 수 있다. 또한, N의 양이 너무 적은 경우에는, 역시 피닝 입자인 V계 탄질화물 및 질화물의 양이 충분하지 않을 수 있다. 따라서, N의 양은 0.003 질량% 이상일 필요가 있다. N의 양은 0.004 질량% 이상이 바람직하고, 0.005 질량% 이상이 더욱 바람직하다.In the present invention, in order to disperse AlN particles in the austenite phase during heating for quenching, the amount of N as well as the amount of Al are limited. If the amount of N is too small, the amount of AlN to function as pinning particles is not sufficient. As a result, austenite grains may coarsen during heating for quenching, and impact value, fracture toughness value, and/or ductility may decrease. Additionally, if the amount of N is too small, the amount of V-based carbonitride and nitride, which are also pinning particles, may not be sufficient. Therefore, the amount of N needs to be 0.003% by mass or more. The amount of N is preferably 0.004% by mass or more, and more preferably 0.005% by mass or more.

한편, 일반적인 정련에서 조정될 수 있는 양을 초과하는 양으로 N을 첨가하기 위해서는, 전용 설비를 이용하여 N을 적극적으로 첨가할 필요가 있고, 이는 재료비를 증가시킨다. 또한, N의 양이 과도한 경우에는, 조대한 결정화된 물질들이 증가될 수 있다. 이러한 경향은 C의 양, Si의 양 및 V의 양이 많은 경우에 뚜렷하다. 또한, N의 양이 과도한 경우에는, 조대한 AlN의 양이 지나치게 많아질 수 있고, 충격값이 저하될 수 있다. 따라서, N의 양은 0.040 질량% 이하일 필요가 있다. N의 양은 0.038 질량% 이하가 바람직하고, 0.036 질량% 이하가 더욱 바람직하다.Meanwhile, in order to add N in an amount that exceeds the amount that can be adjusted in general refining, it is necessary to actively add N using dedicated equipment, which increases material costs. Additionally, if the amount of N is excessive, coarse crystallized materials may increase. This trend is evident when the amounts of C, Si, and V are high. Additionally, if the amount of N is excessive, the amount of coarse AlN may become too large and the impact value may decrease. Therefore, the amount of N needs to be 0.040 mass% or less. The amount of N is preferably 0.038 mass% or less, and more preferably 0.036 mass% or less.

(12) 불가피적 불순물:(12) Inevitable impurities:

본 발명에 따른 강재는 불가피적 불순물을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 강재에서 불순물로서 포함될 수 있는 원소 및 그 함량은 다음과 같다. P ≤ 0.03 질량%, S ≤ 0.006 질량%, O ≤ 0.006 질량%, W ≤ 0.30 질량%, Co ≤ 0.30 질량%, B ≤ 0.0002 질량%, Nb ≤ 0.004 질량%, Ta ≤ 0.004 질량%, Ti ≤ 0.004 질량%, Zr ≤ 0.004 질량%, Ca ≤ 0.0005 질량%, Se ≤ 0.03 질량%, Te ≤ 0.005 질량%, Bi ≤ 0.01 질량%, Pb ≤ 0.03 질량% 및 Mg ≤ 0.02 질량%.The steel material according to the present invention may contain inevitable impurities. Elements that may be included as impurities in the steel according to the present invention and their contents are as follows. P ≤ 0.03 mass%, S ≤ 0.006 mass%, O ≤ 0.006 mass%, W ≤ 0.30 mass%, Co ≤ 0.30 mass%, B ≤ 0.0002 mass%, Nb ≤ 0.004 mass%, Ta ≤ 0.004 mass%, Ti ≤ 0.004 mass%, Zr ≤ 0.004 mass%, Ca ≤ 0.0005 mass%, Se ≤ 0.03 mass%, Te ≤ 0.005 mass%, Bi ≤ 0.01 mass%, Pb ≤ 0.03 mass% and Mg ≤ 0.02 mass%.

본 발명에서, "함량"은, 편석이 높은 부분, 편석이 낮은 부분 및 편석이 평균인 부분을 포함하여, 소정 질량의 강재(바람직하게는 하나의 원소의 분석 당 1g 이상)를 산에 용해하고 화학 분석법을 이용하여 유도를 행함으로써 얻어지는 "강재 내 원소의 평균량"을 말한다.In the present invention, "content" means dissolving a predetermined mass of steel (preferably 1 g or more per analysis of one element) in acid, including portions with high segregation, portions with low segregation, and portions with average segregation. It refers to the “average amount of elements in steel” obtained by derivation using chemical analysis.

[1.1.2. 부(sub)구성 원소][1.1.2. [sub-constituent elements]

본 발명에 따른 강재는 상술한 주구성 원소들 및 불가피적 불순물 이외에 후술하는 1종 또는 2종 이상의 원소를 추가로 포함할 수 있다. 첨가 원소의 종류, 성분 범위 및 그 한정 이유는 다음과 같다.The steel material according to the present invention may additionally contain one or two or more types of elements described later in addition to the main constituent elements and inevitable impurities described above. The types of added elements, component ranges, and reasons for their limitation are as follows.

[A. A군] [A. Group A]

(13) 0.30 질량% < W ≤ 2.00 질량%:(13) 0.30 mass% < W ≤ 2.00 mass%:

본 발명에 따른 강재에서는, C의 양 및 V의 양이 종래 기술의 열간 가공 다이강에 비해 더 적어, 용도에 따라 강도가 충분하지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 강도를 높이기 위해 W를 첨가하는 것이 효과적이다. 이러한 효과를 얻기 위해, W의 양은 0.30질량%를 초과하는 것이 바람직하다. W의 양은 0.80질량% 이상이 더욱 바람직하다.In the steel according to the present invention, the amount of C and the amount of V are smaller than that of the hot-worked die steel of the prior art, so the strength may not be sufficient depending on the application. In this case, it is effective to add W to increase strength. To obtain this effect, it is desirable that the amount of W exceeds 0.30% by mass. The amount of W is more preferably 0.80% by mass or more.

한편, W의 양이 과도한 경우에는, 재료비가 증가하게 된다. 또한, 편석의 출현은 기계적 특성의 열화나 이방성(anisotropy)의 증가를 일으킬 수 있다. 따라서, W의 양은 2.00 질량% 이하가 바람직하다. W의 양은 1.50 질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, if the amount of W is excessive, material costs increase. Additionally, the appearance of segregation may cause deterioration of mechanical properties or an increase in anisotropy. Therefore, the amount of W is preferably 2.00% by mass or less. The amount of W is more preferably 1.50% by mass or less.

(14) 0.30 질량% < Co ≤ 1.00 질량%:(14) 0.30 mass% < Co ≤ 1.00 mass%:

W와 마찬가지로, Co는 강도를 높이는 효과가 있다. 따라서, 강도가 충분하지 않은 경우에는, 강도를 높이기 위해 Co를 첨가하는 것이 효과적이다. 이러한 효과를 얻기 위해, Co의 양은 0.30질량%를 초과하는 것이 바람직하다. Co의 양은 0.50질량% 이상이 더욱 바람직하다.Like W, Co has the effect of increasing strength. Therefore, when the strength is insufficient, it is effective to add Co to increase the strength. To obtain this effect, it is preferable that the amount of Co exceeds 0.30% by mass. The amount of Co is more preferably 0.50% by mass or more.

한편, Co의 양이 과도한 경우에는, 재료비가 증가하게 된다. 또한 편석의 출현은 기계적 특성의 열화나 이방성의 증가를 일으킬 수 있다. 따라서, Co의 양은 1.00 질량% 이하가 바람직하다. Co의 양은 0.90 질량% 이하가 더욱 바람직하다.On the other hand, when the amount of Co is excessive, material costs increase. Additionally, the appearance of segregation can cause deterioration of mechanical properties or increase in anisotropy. Therefore, the amount of Co is preferably 1.00% by mass or less. The amount of Co is more preferably 0.90% by mass or less.

본 발명에 따른 강재는 Co 및 W 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다.The steel according to the present invention may contain either or both Co and W.

[B. B군] [B. Group B]

(15) 0.0002 질량% < B ≤ 0.0080 질량%:(15) 0.0002 mass% < B ≤ 0.0080 mass%:

강재 중에 P의 양이 상대적으로 많은 경우에는, 입계(grain boundary)에 편석된 P가 입계 강도를 저하시키고, 충격값이 저하된다. 입계 강도의 증가를 위해 B의 첨가가 효과적이다. 입계 강도를 증가시키기 위해, B는 강재 중에 (화합물을 형성하지 않고) 단독으로 존재할 필요가 있다. B가 BN을 형성하는 경우에는, B의 첨가에 의한 효과가 사라진다. 따라서, N을 함유하는 강재에서, 입계 강도를 증가시킬 목적으로 B를 첨가한 경우, N은 B 이외의 원소에 결합될 필요가 있다.When the amount of P in the steel material is relatively large, P segregated at the grain boundary reduces the grain boundary strength and the impact value decreases. Addition of B is effective for increasing grain boundary strength. In order to increase grain boundary strength, B needs to exist alone (without forming a compound) in the steel. When B forms BN, the effect of adding B disappears. Therefore, in steel materials containing N, when B is added for the purpose of increasing grain boundary strength, N needs to be bonded to elements other than B.

구체적으로, N은 질화물을 형성하기 쉬운 Ti, Zr 또는 Nb 등의 질화물 형성 원소에 결합되는 것이 바람직하다. 이들 원소는 불순물 레벨의 함량에서도 효과적이지만, 원소들이 충분하지 않은 경우에는 불순물 레벨을 넘는 양의 원소들을 첨가하는 것이 바람직하다.Specifically, N is preferably bonded to a nitride-forming element such as Ti, Zr, or Nb, which easily forms nitride. These elements are effective even at the impurity level content, but if the elements are not sufficient, it is desirable to add the elements in an amount exceeding the impurity level.

BN은 강재의 피삭성을 향상시키는 효과가 있다. 따라서, 피삭성을 향상시킬 목적으로 B를 첨가하는 경우에는, 강재에 질화물 형성 원소를 적극적으로 첨가할 필요가 없다.BN has the effect of improving the machinability of steel materials. Therefore, when B is added for the purpose of improving machinability, there is no need to actively add nitride forming elements to the steel material.

상기 효과를 얻기 위해서, B의 양은 0.0002질량% 이상이 바람직하다. B의 양은 0.0003질량% 이상이 더욱 바람직하고, 0.0004질량% 이상이 보다 더 바람직하다.In order to obtain the above effect, the amount of B is preferably 0.0002% by mass or more. The amount of B is more preferably 0.0003% by mass or more, and even more preferably 0.0004% by mass or more.

한편, B를 필요 이상으로 첨가한 경우에도, 효과에 차이가 없고, 실익이 없다. B의 양이 과도한 경우에는, 강재의 비용이 증가하게 된다. 따라서, B의 양은 0.0080질량% 이하가 바람직하다. B의 양은 0.0075질량% 이하가 더욱 바람직하고, 0.0070질량% 이하가 보다 더 바람직하다.On the other hand, even when B is added more than necessary, there is no difference in effect and there is no practical benefit. If the amount of B is excessive, the cost of steel increases. Therefore, the amount of B is preferably 0.0080% by mass or less. The amount of B is more preferably 0.0075 mass% or less, and even more preferably 0.0070 mass% or less.

[C. C군] [C. Group C]

(16) 0.006 질량% < S ≤ 0.180 질량%, (17) 0.0005 질량% < Ca ≤ 0.0500 질량%, (18) 0.03 질량% < Se ≤ 0.50 질량%, (19) 0.005 질량% < Te ≤ 0.100 질량%, (20) 0.01 질량% < Bi ≤ 0.50 질량% 및 (21) 0.03 질량% < Pb ≤ 0.50 질량%:(16) 0.006 mass% < S ≤ 0.180 mass%, (17) 0.0005 mass% < Ca ≤ 0.0500 mass%, (18) 0.03 mass% < Se ≤ 0.50 mass%, (19) 0.005 mass% < Te ≤ 0.100 mass% %, (20) 0.01 mass % < Bi ≤ 0.50 mass % and (21) 0.03 mass % < Pb ≤ 0.50 mass %:

본 발명에 따른 강재에서, 피삭성 향상을 위해 쾌삭 원소(free-cutting elements)의 첨가가 효과적이다. 쾌삭 원소의 구체적인 예에는 S, Ca, Se, Te, Bi 및 Pb가 포함된다. 본 발명에 따른 강재는 이들 쾌삭 원소 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In the steel according to the present invention, the addition of free-cutting elements is effective to improve machinability. Specific examples of free cutting elements include S, Ca, Se, Te, Bi, and Pb. The steel material according to the present invention may contain any one of these free-cutting elements, or may contain two or more.

충분한 쾌삭성을 얻기 위해, 쾌삭 원소의 함량은 각각 상기 하한보다 큰 것이 바람직하다.In order to obtain sufficient free cutting properties, it is preferable that the content of each free cutting element is greater than the above lower limit.

한편, 상기 쾌삭 원소의 함량이 과도한 경우에는, 열간 가공 시 균열이 발생하기 쉽다. 또한, 쾌삭 원소의 함량이 과도한 경우에는, 충격값, 피로 강도, 내히트체크성 등이 저하될 수 있다. 따라서, 쾌삭 원소의 함량은 각각 상기 상한 이하인 것이 바람직하다.On the other hand, if the content of the free cutting element is excessive, cracks are likely to occur during hot processing. Additionally, if the content of free cutting elements is excessive, impact value, fatigue strength, heat check resistance, etc. may be reduced. Therefore, it is preferable that the content of each free cutting element is below the above upper limit.

[D. D군] [D. Group D]

(22) 0.004 질량% < Nb ≤ 0.100 질량%, (23) 0.004 질량% < Ta ≤ 0.100 질량%, (24) 0.004 질량% < Ti ≤ 0.100 질량% 및 (25) 0.004 질량% < Zr ≤ 0.100 질량%:(22) 0.004 mass% < Nb ≤ 0.100 mass%, (23) 0.004 mass% < Ta ≤ 0.100 mass%, (24) 0.004 mass% < Ti ≤ 0.100 mass% and (25) 0.004 mass% < Zr ≤ 0.100 mass% %:

본 발명에 따른 강재에서는, 탄화물, 탄질화물 및/또는 질화물의 양을 증가시키기 위해 V 및 Al 이외의 탄질화물 형성 원소를 첨가할 수도 있다. 탄질화물 형성 원소의 구체적인 예에는 Nb, Ta, Ti 및 Zr이 포함된다. 본 발명에 따른 강재는 이들 탄질화물 형성 원소 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.In the steel material according to the present invention, carbonitride forming elements other than V and Al may be added to increase the amount of carbides, carbonitrides and/or nitrides. Specific examples of carbonitride forming elements include Nb, Ta, Ti, and Zr. The steel material according to the present invention may contain any one of these carbonitride forming elements, or may contain two or more.

오스테나이트 결정립의 과도한 입성장(grain growth)을 방지하기 위해, 탄질화물 형성 원소의 함량은 각각 상기 하한보다 큰 것이 바람직하다.In order to prevent excessive grain growth of austenite grains, the content of the carbonitride forming element is preferably greater than the above lower limit.

한편, 탄질화물 형성 원소의 함량이 과도한 경우에는, 주조 시 탄화물, 탄질화물 및/또는 질화물이 조대한 상태로 결정화된다. 조대한 결정화된 입자는 균질화 열처리, SA 및 퀀칭 시에도 제거되지 않고 이물로 남아 있고, 이는 충격값 및 피로 강도의 저하를 일으킨다. 따라서, 탄질화물 형성 원소의 함량은 각각 상기 상한 이하인 것이 바람직하다.On the other hand, if the content of the carbonitride forming element is excessive, the carbide, carbonitride and/or nitride are crystallized in a coarse state during casting. Coarse crystallized particles are not removed even during homogenization heat treatment, SA, and quenching and remain as foreign matter, which causes a decrease in impact value and fatigue strength. Therefore, it is preferable that the content of the carbonitride forming element is below the above upper limit.

[1.2. 강재의 특성][1.2. Characteristics of steel]

[1.2.1. 질량 및 크기][1.2.1. mass and size]

상술한 바와 같이, HT 단계를 거치는 강재 및 HT 단계에 의해 제조되는 금형에 요구되는 특성은, SA성, 피삭성, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성의 5가지 특성을 포함한다. 이 5가지 특성 중, 대형 강재의 문제점은 대형 강재로 제조되는 대형 금형 내부의 낮은 충격값이다.As described above, the properties required for steel materials undergoing the HT step and molds manufactured by the HT step include five properties: SA property, machinability, impact value, heat check resistance, and softening resistance. Among these five characteristics, the problem with large-sized steel is the low impact value inside large molds manufactured with large-sized steel.

대형 금형에서 충격값이 감소하는 첫 번째 이유는 대형 강재 내에서 큰 이물이 결정화되기 쉽기 때문이다. 이는 대형 강재 내에서는 잉곳 제조 시 응고 속도가 낮기 때문이다.The first reason why the impact value decreases in large molds is because large foreign substances are prone to crystallization within large steel materials. This is because the solidification rate during ingot manufacturing is low in large steel materials.

대형 금형에서 충격값이 감소하는 두 번째 이유는 열간 가공 후 냉각 속도가 낮아, 탄화물이 석출되기 쉽기 때문이다.The second reason why the impact value decreases in large molds is because the cooling rate after hot working is low, making it easy for carbides to precipitate.

대형 금형에서 충격값이 감소하는 세 번째 이유는 대형 강재 내부에서 퀀칭 속도가 감소하기 때문이다.A third reason for the reduced impact value in large molds is the reduced quenching rate inside the large steel.

본 발명에 따른 강재에서는, C의 양 및 V의 양이 적고, Mn의 양 및 Cr의 양이 최적화되어, 큰 이물의 영향, 열간 가공 후의 낮은 냉각 속도, 또는 낮은 퀀칭 속도의 영향이 작다. 즉, 본 발명에 따른 강재에서는, 질량 및 크기가 큰 경우에도, SA성, 피삭성, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성의 5가지 특성이 높은 수준으로 달성될 수 있다.In the steel material according to the present invention, the amount of C and the amount of V are small, the amount of Mn and the amount of Cr are optimized, so that the influence of large foreign matter, low cooling rate after hot working, or low quenching rate is small. That is, in the steel material according to the present invention, even when the mass and size are large, the five characteristics of SA property, machinability, impact value, heat check resistance, and softening resistance can be achieved at a high level.

예컨대, 강재의 조성 및 제조 조건이 최적화된 경우에는, 5가지 특성이 모두 실용적인 수준에 도달한다는 사실에 더하여 질량이 3000 kg 이상인 강재가 얻어질 수 있다. 강재의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화된 경우에는, 질량이 4000 kg 이상 또는 5000 kg 이상인 강재도 제조될 수 있다.For example, when the composition and manufacturing conditions of the steel are optimized, steel with a mass of 3000 kg or more can be obtained in addition to the fact that all five properties reach practical levels. If the composition and manufacturing conditions of the steel are further optimized, steel with a mass of 4000 kg or more or 5000 kg or more can be manufactured.

또한, 강재의 조성 및 제조 조건이 최적화된 경우에는, 상기 특성을 갖고, 종방향 치수(L1), 횡방향 치수(L2) 및 높이 치수(L3) 중 최소인 치수(Lmin)가 300mm 이상인 강재가 얻어질 수 있다. 강재의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화된 경우에는, Lmin이 350mm 이상 또는 400mm 이상인 강재도 제조될 수 있다.In addition, when the composition and manufacturing conditions of the steel material are optimized, it has the above characteristics and the minimum dimension (L min ) among the longitudinal dimension (L 1 ), transverse dimension (L 2 ), and height dimension (L 3 ) is Steels of 300 mm or more can be obtained. When the composition and manufacturing conditions of the steel are further optimized, steel with L min of 350 mm or more or 400 mm or more can be manufactured.

여기서, "종방향 치수(L1)", "횡방향 치수(L2)" 및 "높이 치수(L3)"는 각각 강재의 둘레를 이루는 최소 부피의 직육면체의 세 변의 길이를 말한다.Here, “longitudinal dimension (L 1 )”, “transverse dimension (L 2 )” and “height dimension (L 3 )” each refer to the lengths of the three sides of the rectangular parallelepiped with the minimum volume forming the perimeter of the steel material.

[1.2.2. 경도][1.2.2. Hardness]

본 발명에서, "강재의 경도"는, (a) SA가 행해진 강재 단면의 중심부(응고 속도가 낮은 영역) 부근에서 시험편을 잘라내고, (b) 시험편을 이용하여 실온에서 측정을 실시함으로써 얻어지는 로크웰(Rockwell) B 스케일 경도를 말한다.In the present invention, the “hardness of steel” is the Rockwell value obtained by (a) cutting a test piece near the center (region of low solidification rate) of the steel cross section on which SA was performed, and (b) measuring at room temperature using the test piece. (Rockwell) B scale hardness.

도 13은 시험편의 절단 위치를 예시하는 개략도를 나타낸다. 예컨대, 강재가 a[mm] × b[mm] × c[mm] (a ≤ b ≤ c, a ≥ 300mm)의 블록재(10)인 경우에, c축 방향으로 단부면에서부터 a[mm] × b[mm] × d[mm]의 제1 재료(12)를 잘라낸다. d의 값은 특별히 제한되지 않지만, 30mm 내지 70mm인 것이 바람직하다.Figure 13 shows a schematic diagram illustrating the cutting position of the test piece. For example, if the steel material is a block material 10 of a [mm] × b [mm] × c [mm] (a ≤ b ≤ c, a ≥ 300 mm), a [mm] from the end surface in the c-axis direction Cut out the first material 12 of × b [mm] × d [mm]. The value of d is not particularly limited, but is preferably 30 mm to 70 mm.

다음으로, 제1 재료(12)의 ab면의 실질적으로 중심으로부터 e[mm] × f[mm] × d[mm]의 제2 재료(14)를 잘라낸다. e 및 f의 값은 특별히 제한되지 않지만, e = 90 mm 내지 120 mm, f = 130 mm 내지 160 mm가 바람직하다. 또한, 제2 재료(14)로부터 경도 측정용 시험편을 잘라내고, 경도를 측정하는데 이용한다.Next, the second material 14 of e [mm] × f [mm] × d [mm] is cut out from substantially the center of the ab surface of the first material 12. The values of e and f are not particularly limited, but e = 90 mm to 120 mm and f = 130 mm to 160 mm are preferred. Additionally, a test piece for hardness measurement is cut from the second material 14 and used to measure hardness.

적절한 조건 하에서 본 발명에 따른 강재에 SA가 수행되는 경우, 강재의 경도가 적절하게 감소하고, 기계가공이 가능하게 된다. 강재의 조성 및 제조 조건(특히, SA 조건)이 최적화된 경우, 실온에서의 경도는 98 HRB 이하이다. 강재의 조성 및/또는 제조 조건이 더욱 최적화된 경우, 실온에서의 경도는 97 HRB 이하 또는 96 HRB 이하이다.When SA is performed on the steel according to the present invention under appropriate conditions, the hardness of the steel is appropriately reduced, and machining becomes possible. When the composition and manufacturing conditions (especially SA conditions) of the steel are optimized, the hardness at room temperature is 98 HRB or less. When the composition and/or manufacturing conditions of the steel are further optimized, the hardness at room temperature is 97 HRB or less or 96 HRB or less.

[1.2.3. 충격값][1.2.3. shock value]

본 발명에서, "강재의 충격값"은 (a) SA가 행해진 강재 단면의 중심부(응고 속도가 낮은 영역) 부근에서 각봉(square bar)(12 mm × 12 mm × 55 mm)를 잘라내고, (b) 열처리에 의해 각봉을 44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질하고(thermally refining), (c) 조질된 각봉으로부터 충격 시험편을 제작하고, (d) 15℃ 내지 35℃에서 충격 시험을 수행함으로써 얻어지는 충격값을 말한다.In the present invention, the "impact value of the steel material" is (a) cutting a square bar (12 mm × 12 mm × 55 mm) near the center of the steel cross section on which SA was performed (an area with a low solidification rate), ( b) Impact value obtained by thermally refining the square rod to 44.5 HRC to 45.5 HRC by heat treatment, (c) producing an impact test piece from the tempered rod, and (d) performing an impact test at 15°C to 35°C says

각봉의 절단 위치는 경도 측정용 시험편의 절단 위치와 동일하다. 즉, 도 13에 도시된 제2 재료(14)로부터 각봉을 잘라낸다.The cutting position of the square bar is the same as that of the test piece for hardness measurement. That is, a square bar is cut from the second material 14 shown in FIG. 13.

각봉을 조질하기 위한 "열처리"는, 1사이클로, (a) 각봉을 950℃에서 1시간 동안 유지한 후, 8℃/분으로 950℃에서 750℃까지 냉각하고, 5℃/분으로 750℃에서 500℃까지 냉각하고, 0.5℃/분으로 500℃에서 200℃까지 냉각하고, 임의의 냉각 속도로 200℃에서 100℃ 이하까지 냉각하고, (b) 이후 560℃ 내지 600℃의 온도 범위로 가열 및 100℃ 이하로 냉각하는 것이 1회 이상 수행되는 처리를 말한다.The "heat treatment" for tempering the square rod is 1 cycle, (a) holding the square rod at 950°C for 1 hour, then cooling from 950°C to 750°C at 8°C/min, and then cooling from 750°C at 5°C/min. (b) cooling to 500°C, cooling from 500°C to 200°C at 0.5°C/min, cooling from 200°C to below 100°C at a random cooling rate, (b) then heating to a temperature range of 560°C to 600°C, and Cooling to 100℃ or lower refers to a treatment performed more than once.

"충격 시험편"은 JIS Z2242:2018(10 mm × 10 mm × 50 mm, 노치 팁(notch tip)의 원호 반경: 1 mm, 노치 깊이: 2 mm, 시험편의 노치 바닥 하부 단면적: 0.8 ㎠)에 따르는 시험편을 말한다.“Impact test specimen” is in accordance with JIS Z2242:2018 (10 mm refers to a test piece.

"충격값(J/㎠)"은 흡수 에너지[J]를 시험편의 노치 바닥 하부 단면적(0.8[㎠])으로 나눈 값을 말한다.“Impact value (J/㎠)” refers to the absorbed energy [J] divided by the cross-sectional area of the bottom of the notch of the test specimen (0.8 [㎠]).

"평균 충격값(J/㎠)"은 10개 이상(바람직하게는 10개 내지 20개)의 충격 시험편의 충격값의 평균값을 말한다.“Average impact value (J/cm2)” refers to the average value of the impact value of 10 or more (preferably 10 to 20) impact test specimens.

"저충격값률(%)"은 충격 시험 대상인 충격 시험편의 총 개수(n0)에 대한 충격값이 20[J/㎠] 미만인 충격 시험편의 개수(n)의 비율(= n × 100/n0)을 말한다.“Low impact value rate (%)” is the ratio of the number (n) of impact test specimens with an impact value of less than 20 [J/cm2] to the total number (n 0 ) of impact specimens subject to impact test (= n × 100/n 0 ) says.

본 발명에 따른 강재에서는, 조성 및 제조 조건이 최적화된 경우, 큰 사이즈에도 불구하고 높은 충격값을 나타내고 충격값의 변동이 작은 강재가 얻어질 수 있다.In the steel material according to the present invention, when the composition and manufacturing conditions are optimized, a steel material that exhibits high impact value despite its large size and small fluctuation in impact value can be obtained.

구체적으로, 조성 및 제조 조건이 최적화된 경우, 평균 충격값이 25[J/㎠] 이상이고 저충격값률이 30% 이하인 강재가 얻어질 수 있다.Specifically, when the composition and manufacturing conditions are optimized, a steel material with an average impact value of 25 [J/cm2] or more and a low impact value rate of 30% or less can be obtained.

조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 평균 충격값은 26[J/㎠] 이상 또는 27[J/㎠] 이상이다.When the composition and manufacturing conditions are further optimized, the average impact value is 26 [J/cm2] or more or 27 [J/cm2] or more.

또한, 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 저충격값률은 20% 이하 또는 10% 이하이다.Additionally, when the composition and manufacturing conditions are further optimized, the low impact value ratio is 20% or less or 10% or less.

[1.2.4. 구(prior)오스테나이트 결정립 크기][1.2.4. Prior austenite grain size]

강재의 "구오스테나이트 결정립 크기"는 (a) 충격 시험편 또는 충격 시험편과 동일한 조건 하에서 열처리된 시험편을 제작하고, (b) 시험편을 부식시켜 구오스테나이트 결정립계를 드러내거나, 결정 배향 분석에 의해 구오스테나이트 결정립계를 결정하고, (c) 시험편을 하나의 시야에 50개 이상의 결정립이 포함되도록 확대하여 관찰하고, 해당 시야에 포함되는 구오스테나이트 결정립 각각의 원상당 직경(equivalent circle diameter)을 계산함으로써 얻어지는 값을 말한다.The “prior austenite grain size” of steel can be determined by (a) producing an impact test specimen or a test specimen heat-treated under the same conditions as the impact specimen, (b) corroding the specimen to reveal old austenite grain boundaries, or by crystal orientation analysis. Determine the austenite grain boundaries, (c) observe the test specimen enlarged to include more than 50 grains in one field of view, and calculate the equivalent circle diameter of each old austenite grain included in the field of view. This refers to the value obtained.

"구오스테나이트 결정립 크기의 평균값"은 총 면적이 0.5 ㎟ 이상인 하나 또는 둘 이상의 시야에 포함된 모든 구오스테나이트 결정립의 결정립 크기의 평균값을 말한다.“Average value of old austenite grain size” refers to the average value of the grain size of all old austenite grains included in one or more fields of view with a total area of 0.5 mm2 or more.

본 발명에 따른 강재는 상대적으로 많은 양의 피닝 입자를 포함하기 때문에, 퀀칭을 위한 가열 시 오스테나이트 결정립이 조대화될 가능성이 적다. 강재의 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 150 ㎛ 이하이다. 강재의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 135 ㎛ 이하 또는 120 ㎛ 이하이다.Because the steel material according to the present invention contains a relatively large amount of pinning particles, there is little possibility that austenite grains will coarsen when heated for quenching. When the composition and manufacturing conditions of the steel are optimized, the average value of the old austenite grain size is 150 ㎛ or less. When the composition and manufacturing conditions of the steel are further optimized, the average value of the old austenite grain size is 135 ㎛ or less or 120 ㎛ or less.

[2. 금형][2. mold]

본 발명에 따른 금형은 본 발명에 따른 강재로 제조되며 다음과 같은 특성을 갖는다.The mold according to the invention is manufactured from the steel according to the invention and has the following characteristics.

[2.1. 질량 및 크기][2.1. mass and size]

본 발명에 따른 강재는 질량 및 크기가 상대적으로 큰 경우에도 SA성, 피삭성, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성이 우수하다. 따라서, 이러한 강재를 사용하면, 질량 및 크기가 상대적으로 큰 경우에도 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성이 우수한 금형을 얻을 수 있다.The steel material according to the present invention has excellent SA properties, machinability, impact value, heat check resistance, and softening resistance even when its mass and size are relatively large. Therefore, by using these steels, a mold with excellent impact value, heat check resistance, and softening resistance can be obtained even when the mass and size are relatively large.

금형의 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 충격값, 내히트체크성 및 연화 저항성이 실용적인 수준에 도달한다는 사실에 더하여 질량이 2000 kg 이상인 금형이 얻어질 수 있다. 금형의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 질량이 3000 kg 이상 또는 4000 kg 이상인 금형도 제조될 수 있다.If the composition and manufacturing conditions of the mold are optimized, molds with a mass of more than 2000 kg can be obtained, in addition to the fact that the impact value, heat check resistance and softening resistance reach practical levels. If the composition and manufacturing conditions of the mold are further optimized, molds with a mass of 3000 kg or more or 4000 kg or more can be manufactured.

또한, 금형의 조성 및 제조 조건이 최적화된 경우에는, 상기 특성을 갖고, 종방향 치수(L'1), 횡방향 치수(L'2) 및 높이 치수(L'3) 중 최소인 치수(L'min)가 250mm 이상인 금형이 얻어질 수 있다. 금형의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, L'min이 300mm 이상 또는 350mm 이상인 금형도 제조될 수 있다.In addition, when the composition and manufacturing conditions of the mold are optimized, it has the above characteristics and has the minimum dimension (L) among the longitudinal dimension (L' 1 ), the transverse dimension (L' 2 ), and the height dimension (L' 3 ). A mold with ' min ) of 250 mm or more can be obtained. If the composition and manufacturing conditions of the mold are further optimized, molds with L' min of 300 mm or more or 350 mm or more can be manufactured.

여기서, "종방향 치수(L'1)", "횡방향 치수(L'2)" 및 "높이 치수(L'3)"는 각각 금형의 둘레를 이루는 최소 부피의 직육면체의 세 변의 길이를 말한다.Here, "longitudinal dimension (L' 1 )", "transverse dimension (L' 2 )" and "height dimension (L' 3 )" refer to the lengths of the three sides of the minimum volume rectangular parallelepiped that forms the perimeter of the mold, respectively. .

[2.2.경도][2.2.Hardness]

본 발명에서, "금형의 경도"는 (a) 금형의 표면에서 시험편을 잘라내고, (b)시험편을 이용하여 실온에서 측정을 수행함으로써 얻어지는 로크웰 C 스케일 경도를 말한다.In the present invention, “hardness of the mold” refers to the Rockwell C scale hardness obtained by (a) cutting a test piece from the surface of the mold, and (b) performing measurement at room temperature using the test piece.

다른 방법으로, 휴대용 경도 시험기(경도계)를 이용하여 로크웰 C 스케일에 따라 금형의 표면을 평가할 수도 있다. 또한, 휴대용 경도 시험기(경도계)에 의해 평가된 경도(예컨대, 쇼어(Shore) 경도)는 로크웰 C 스케일 경도로 변환될 수도 있다.Alternatively, a portable hardness tester (durometer) can be used to evaluate the surface of the mold according to the Rockwell C scale. Additionally, hardness (e.g., Shore hardness) evaluated by a portable hardness tester (durometer) may be converted to Rockwell C scale hardness.

본 발명에 따른 금형은 질량 및 크기가 상대적으로 큰 경우에도 높은 경도를 얻을 수 있다. 금형의 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 실온에서의 경도는 38 HRC 내지 48 HRC이다. 금형의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 실온에서의 경도는 39 HRC 내지 49 HRC 또는 40 HRC 내지 50 HRC이다.The mold according to the present invention can achieve high hardness even when its mass and size are relatively large. If the composition and manufacturing conditions of the mold are optimized, the hardness at room temperature is 38 HRC to 48 HRC. When the composition and manufacturing conditions of the mold are further optimized, the hardness at room temperature is 39 HRC to 49 HRC or 40 HRC to 50 HRC.

[2.3. 충격값][2.3. shock value]

본 발명에서, "금형의 충격값"은 (a) 금형의 가장 두꺼운 부분의 중심부에서 JIS Z2242:2018에 따르는 충격 시험편을 잘라내고, (b) 15℃ 내지 35℃에서 충격 시험을 수행함으로써 얻어진 충격값을 말한다.In the present invention, the "impact value of the mold" is the impact obtained by (a) cutting an impact test piece conforming to JIS Z2242:2018 from the center of the thickest part of the mold, and (b) performing an impact test at 15°C to 35°C. It says value.

"충격값", "평균 충격값" 및 "저충격값률"의 상세는 전술한 바와 같으며, 그에 대한 설명은 생략한다.The details of “impact value”, “average impact value”, and “low impact value rate” are the same as above, and their description is omitted.

본 발명에 따른 금형에서는, 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 큰 사이즈에도 불구하고 높은 충격값을 나타내고 충격값의 변동이 작은 금형이 얻어질 수 있다.In the mold according to the present invention, if the composition and manufacturing conditions are optimized, a mold that exhibits high impact value despite its large size and small fluctuation in impact value can be obtained.

구체적으로, 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 평균 충격값이 25[J/㎠] 이상이고 저충격값률이 30% 이하인 금형이 얻어질 수 있다.Specifically, if the composition and manufacturing conditions are optimized, a mold with an average impact value of 25 [J/cm2] or more and a low impact value rate of 30% or less can be obtained.

조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 평균 충격값은 26[J/㎠] 이상 또는 27[J/㎠] 이상이다.When the composition and manufacturing conditions are further optimized, the average impact value is 26 [J/cm2] or more or 27 [J/cm2] or more.

또한, 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 저충격값률은 20% 이하 또는 10% 이하이다.Additionally, when the composition and manufacturing conditions are further optimized, the low impact value ratio is 20% or less or 10% or less.

[2.4. 구오스테나이트 결정립 크기][2.4. Old austenite grain size]

금형의 "구오스테나이트 결정립 크기"는 (a) 금형의 가장 두꺼운 부분의 중심부에서 시험편을 제작하고, (b) 시험편을 부식시켜 구오스테나이트 결정립계를 드러내거나, 결정 배향 분석에 의해 구오스테나이트 결정립계를 결정하고, (c) 시험편을 하나의 시야에 50개 이상의 결정립이 포함되도록 확대하여 관찰하고, 해당 시야에 포함되는 구오스테나이트 결정립 각각의 원상당 직경을 계산함으로써 얻어지는 값을 말한다.The “old austenite grain size” of a mold can be determined by (a) making a test piece from the center of the thickest part of the mold, (b) etching the test piece to expose the old austenite grain boundaries, or by crystal orientation analysis. (c) This refers to the value obtained by enlarging and observing the test piece to include more than 50 grains in one field of view, and calculating the equivalent circular diameter of each old austenite grain included in the field of view.

"구오스테나이트 결정립 크기의 평균값"은 총 면적이 0.5 ㎟ 이상인 하나 또는 둘 이상의 시야에 포함된 모든 구오스테나이트 결정립의 결정립 크기의 평균값을 말한다.“Average value of old austenite grain size” refers to the average value of the grain size of all old austenite grains included in one or more fields of view with a total area of 0.5 mm2 or more.

본 발명에 따른 금형은 상대적으로 많은 양의 피닝 입자를 포함하기 때문에, 퀀칭을 위한 가열 시 오스테나이트 결정립이 조대화될 가능성이 적다. 금형의 조성 및 제조 조건이 최적화되면, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 150 ㎛ 이하이다. 금형의 조성 및 제조 조건이 더욱 최적화되면, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 135 ㎛ 이하 또는 120 ㎛ 이하이다.Because the mold according to the present invention contains a relatively large amount of pinning particles, there is little possibility that austenite grains will coarsen when heated for quenching. When the composition and manufacturing conditions of the mold are optimized, the average value of the old austenite grain size is 150 ㎛ or less. When the composition and manufacturing conditions of the mold are further optimized, the average value of the old austenite grain size is 135 ㎛ or less or 120 ㎛ or less.

[3. 강재의 제조 방법][3. Manufacturing method of steel]

본 발명에 따른 강재의 제조 방법은, (a) 소정의 조성을 갖도록 혼합된 원료를 용융하고, 용융 금속을 정련하고, 용융 금속을 금형으로 주조하는 제1 단계, (b) 잉곳에 균질화 열처리를 수행하는 제2 단계, (c) 균질화 열처리 후 잉곳에 열간 가공을 하는 제3 단계, (d) 필요에 따라, 열간 가공 후 조형재(rough material)를 노멀라이징하는 제4 단계, (e) 필요에 따라, 조형재를 템퍼링하는 제5 단계 및 (f) 조형재에 구상화 어닐링을 수행하는 제6 단계를 포함한다.The method for manufacturing steel according to the present invention includes (a) a first step of melting mixed raw materials to have a predetermined composition, refining the molten metal, and casting the molten metal into a mold, (b) performing homogenization heat treatment on the ingot. a second step, (c) a third step of hot working the ingot after homogenization heat treatment, (d) if necessary, a fourth step of normalizing the rough material after hot working, (e) if necessary, It includes a fifth step of tempering the molding material and (f) a sixth step of performing spheroidizing annealing on the molding material.

[3.1. 제1 단계][3.1. Step 1]

먼저, 소정의 조성을 갖도록 혼합된 원료를 용융하고, 용융 금속을 정련하고, 용융 금속을 주형으로 주조한다(제1 단계). 용융 조건, 정련 조건 및 주조 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다.First, the mixed raw materials to have a predetermined composition are melted, the molten metal is refined, and the molten metal is cast into a mold (first step). Melting conditions, refining conditions, and casting conditions are not particularly limited, and optimal conditions can be selected depending on the purpose.

[3.2. 제2 단계][3.2. Step 2]

다음으로, 잉곳에 균질화 열처리를 행한다(제2 단계). 균질화 열처리는, 응고 시에 발생하는 성분 편석을 약화시키고 응고 시에 결정화된 이물을 최대한 용해시켜 성분을 균질화하기 위해 실시한다. 균질화 열처리의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다.Next, homogenization heat treatment is performed on the ingot (second step). Homogenization heat treatment is performed to homogenize the components by weakening the segregation of components that occurs during solidification and dissolving as much as possible the foreign substances crystallized during solidification. The conditions for homogenization heat treatment are not particularly limited, and the optimal conditions can be selected depending on the purpose.

[3.3 제3 단계][3.3 Step 3]

다음으로, 균질화 열처리 후의 잉곳에 열간 가공을 행한다(제 3단계). 열간 가공은 잉곳을 원하는 형상의 조형재로 만들기 위해 실시한다. 열간 가공의 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다.Next, hot working is performed on the ingot after the homogenization heat treatment (third step). Hot processing is performed to turn the ingot into a molding material of the desired shape. The conditions for hot working are not particularly limited, and the optimal conditions can be selected depending on the purpose.

[3.4. 제4 단계][3.4. Step 4]

다음으로, 필요에 따라, 열간 가공 후의 조형재를 노멀라이징한다(제4 단계). 노멀라이징은, 조형재의 조직을 균질화 및 미세화(refine)할 필요가 있는 경우에 실시한다. 노멀라이징 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다. 노멀라이징 단계는 생략될 수도 있다.Next, if necessary, the modeling material after hot processing is normalized (fourth step). Normalizing is performed when it is necessary to homogenize and refine the structure of the modeling material. Normalizing conditions are not particularly limited, and optimal conditions can be selected depending on the purpose. The normalizing step may be omitted.

[3.5. 제5 단계][3.5. Step 5]

다음으로, 필요에 따라 조형재를 템퍼링한다(제5 단계). 템퍼링은, 노멀라이징 후 냉각 공정에서 생성되는 마르텐사이트 또는 베이나이트를 템퍼링할 필요가 있는 경우에, 또는 구상화 어닐링에 대비하여 탄화물을 침전시킬 필요가 있는 경우에 실시한다. 템퍼링 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 조건을 선택할 수 있다. 템퍼링 단계는 생략될 수도 있다.Next, the molding material is tempered as necessary (step 5). Tempering is performed when it is necessary to temper martensite or bainite generated in the cooling process after normalizing, or when it is necessary to precipitate carbides in preparation for spheroidizing annealing. Tempering conditions are not particularly limited, and the optimal conditions can be selected depending on the purpose. The tempering step may be omitted.

[3.6. 제6 단계][3.6. Step 6]

다음으로, 조형재에 구상화 어닐링을 행한다(제6 공정). 이로 인해, 본 발명에 따른 강재가 얻어진다.Next, spheroidizing annealing is performed on the modeling material (sixth process). As a result, the steel material according to the present invention is obtained.

본 발명에서, "구상화 어닐링(SA)"은, (a) 로(furnace) 내에서 [Ac3점 - 10℃] 내지 [Ac3점 + 50℃]의 온도(이하, "SA 처리 온도"라고도 함)로 강재를 가열하여 탄화물이 오스테나이트상에 분산되고 페라이트상이 거의 또는 전혀 없는 조직을 형성하고, (b) 상기 조직을 갖는 강재에 대해 서냉법(slow cooling method) 또는 항온(constant temperature) 유지법을 적용하는 처리를 말한다.In the present invention, "spheroidization annealing (SA)" refers to (a) a temperature of [A c3 point - 10°C] to [A c3 point + 50°C] in a furnace (hereinafter also referred to as "SA treatment temperature") (b) heating the steel material to form a structure in which carbides are dispersed in the austenite phase and little or no ferrite phase, and (b) a slow cooling method or a constant temperature maintenance method for the steel material having the structure. refers to the processing that applies.

"서냉법"은, (a) SA 처리 온도로부터 5 ℃/H 내지 60 ℃/H로 제어 냉각을 실시하여 모상을 페라이트로 변태 및 탄화물을 성장시키고, (b) 오스테나이트가 제거되면 제어 냉각을 종료하고, 강재를 로에서 취출하는 방법을 말한다.The "slow cooling method" is (a) controlled cooling is performed from 5 ℃/H to 60 ℃/H from the SA treatment temperature to transform the mother phase into ferrite and grow carbides, and (b) when austenite is removed, controlled cooling is performed. This refers to a method of removing steel from the furnace.

이 경우에, 제어 냉각의 냉각 속도에 대해서는 강재의 성분 및 입자 크기에 따라 최적의 조건을 선택하는 것이 바람직하다. 오스테나이트가 제거되는 온도는 강재의 성분 및 제어 냉각 시의 냉각 속도에 따라 약 550℃ 내지 800℃이다.In this case, it is desirable to select optimal conditions for the cooling rate of controlled cooling depending on the composition and particle size of the steel material. The temperature at which austenite is removed is about 550°C to 800°C, depending on the composition of the steel and the cooling rate during controlled cooling.

"항온 유지법"은, (a) SA 처리 온도로부터 임의의 냉각 속도로 냉각을 실시하고 620℃ 내지 780℃의 온도 범위에서 항온 유지를 실시하여 모상을 페라이트로 변태 및 탄화물을 성장시키고, (b) 오스테나이트가 제거되면 항온 유지를 종료하고, 강재를 로에서 취출하는 방법을 말한다.The "constant temperature maintenance method" is (a) cooling from the SA treatment temperature at an arbitrary cooling rate and maintaining constant temperature in the temperature range of 620°C to 780°C to transform the mother phase into ferrite and grow carbide, (b) This refers to a method in which constant temperature maintenance is terminated when austenite is removed and the steel is taken out of the furnace.

이 경우에, 오스테나이트가 제거되는 동안의 유지 시간은 강재의 성분 및 입자 크기에 따라 약 1시간 내지 24시간이다.In this case, the holding time while the austenite is removed is about 1 hour to 24 hours depending on the composition and particle size of the steel.

SA 처리 온도는 강재의 성분에 따라 종종 830℃ 내지 950℃이다. 서냉법을 이용하든 항온 유지법을 이용하든 상관없이, SA 후의 강재의 경도는 약 98 HRB 이하(약 240 Hv 이하)이고, 황삭 가공(기계 가공에 의해 대강의 금형으로 가공)이 용이한 연질 상태에 있다.SA treatment temperatures are often between 830°C and 950°C, depending on the composition of the steel. Regardless of whether the slow cooling method or the constant temperature holding method is used, the hardness of the steel after SA is approximately 98 HRB or less (approximately 240 Hv or less), and is in a soft state that is easy to rough process (process into a rough mold by machining). there is.

[4. 금형 제조 방법][4. Mold manufacturing method]

본 발명에 따른 금형의 제조 방법은 (a) 구상화 어닐링된 강재를 황삭 가공하는 제1 단계, (b) 황삭 가공된 금형에 대해 퀀칭 및 템퍼링을 수행하는 제2 단계, (c) 퀀칭 및 템퍼링된 금형에 대해 정삭 가공을 수행하는 제3 단계 및 (d) 필요에 따라, 마무리된 금형에 대해 표면 개질을 수행하는 제4 단계를 포함한다.The method of manufacturing a mold according to the present invention includes (a) a first step of roughing a nodular annealed steel material, (b) a second step of performing quenching and tempering on the rough-processed mold, (c) quenching and tempering the quenched and tempered mold. a third step of performing finishing processing on the mold; and (d) a fourth step of performing surface modification on the finished mold, if necessary.

각 단계의 방법 및 조건은 특별히 제한되지 않으며, 목적에 따라 최적의 방법 및 조건을 선택할 수 있다.The method and conditions of each step are not particularly limited, and the optimal method and conditions can be selected depending on the purpose.

[5. 효과][5. effect]

HT 단계의 대상이 되는 강재 및 HT 단계에 의해 제조되는 금형에 요구되는 특성은 (1) 구상화 어닐링(SA)성, (2) 피삭성, (3) 퀀칭 속도가 낮은 경우의 충격값, (4) 내히트체크성 및 (5) 연화 저항성을 포함한다. 이하에서는, 주로 다이캐스팅을 예로 들어 이들 5가지 특성이 필요한 이유에 대해 설명한다.The properties required for steel materials subject to the HT step and molds manufactured by the HT step are (1) nodular annealing (SA) properties, (2) machinability, (3) impact value when the quenching rate is low, (4) ) heat check resistance and (5) softening resistance. Below, we mainly use die casting as an example to explain why these five characteristics are necessary.

[5.1. SA성][5.1. SA surname]

오스테나이트가 완전히 제거될 때까지 SA를 수행한 후, 로에서 강재를 취출하는 것이 바람직하다. 로에서 강재를 취출할 때 강재에 미변태 오스테나이트가 잔류하는 경우에, 오스테나이트는 강재가 로에서 취출된 후의 냉각에 의해 베이나이트 또는 마르텐사이트로 변태된다.It is desirable to perform SA until the austenite is completely removed and then take the steel out of the furnace. When untransformed austenite remains in the steel when the steel is taken out of the furnace, the austenite is transformed into bainite or martensite by cooling after the steel is taken out of the furnace.

이러한 강재에는, (a) 베이나이트 또는 마르텐사이트를 포함하는 경질부(400 Hv 이상) 및 (b) 페라이트의 모상에 탄화물이 분산되어 있는 부분, 즉 SA 조직을 포함하는 연질부(98 HRB 이하

Figure pat00001
240 Hv 이하)가 혼합되어 있다.These steels include (a) a hard part (400 Hv or more) containing bainite or martensite and (b) a soft part (98 HRB or less) containing a part where carbides are dispersed in the matrix of ferrite, that is, SA structure.
Figure pat00001
240 Hv or less) are mixed.

경질부 및 연질부가 혼합된 상태는 "SA 불량"이라고 하며, 퀀칭성이 높은 강재에서 발생하기 쉽고, 또는 SA 가열시 오스테나이트 결정립이 조대한 경우에 발생하기 쉽다.The state in which the hard and soft parts are mixed is called “SA defect,” and is likely to occur in steel materials with high quenchability, or when austenite grains are coarse during SA heating.

HT 단계에 의해 SA 불량을 갖는 강재로부터 금형을 제작하는 경우에, 이하의 3가지 문제점이 발생한다. (A) 황삭 가공 시, 경질부는 기계가공용(절삭) 공구를 심하게 마모시켜, 공구 수명이 단축된다. (B) 황삭 가공된 금형의 표면에 경질부가 패턴으로서 나타나고, 매끄러운 표면을 얻을 수 없다. (C) 퀀칭을 위한 가열 시에, 경질부 근방에 조대한 오스테나이트 결정립이 생성되고, 이는 금형의 충격값을 저하시키고 금형의 수명을 단축시킨다.When manufacturing a mold from a steel material with SA defects by the HT step, the following three problems occur. (A) During rough machining, the hard part severely wears the machining (cutting) tool, shortening the tool life. (B) Hard parts appear as a pattern on the surface of the rough-processed mold, and a smooth surface cannot be obtained. (C) During heating for quenching, coarse austenite grains are generated near the hard part, which lowers the impact value of the mold and shortens the life of the mold.

따라서, 금형용 강재는, 400 Hv 이상의 경도를 갖는 "경질부"가 없고, SA 처리에 의해 240 Hv 이하로 연화될 수 있는 강재, 즉 "SA성이 양호한 강재"일 것이 요구된다. Therefore, the steel material for molds is required to be a steel material that does not have a "hard part" with a hardness of 400 Hv or more and can be softened to 240 Hv or less by SA treatment, that is, a "steel material with good SA properties."

그러나, 양호한 SA성을 갖는 강재는 일반적으로 퀀칭성이 나쁘다. 또한, 양호한 SA성을 갖는 강재는 일반적으로 많은 경우에 고C 및 저Mn을 갖는다. 이러한 강재에서는, 퀀칭 시에 냉각 동안 탄화물이 석출되기 쉽고 페라이트 변태도 진행되기 쉽기 때문에, 베이나이트 또는 마르텐사이트 조직을 얻기 어렵다(퀀칭성이 낮다). 즉, 일반적으로, "양호한 SA성" 및 "높은 퀀칭성"은 서로 상반된다.However, steels with good SA properties generally have poor quenching properties. Additionally, steels with good SA properties generally have high C and low Mn in many cases. In these steels, carbides are likely to precipitate during cooling during quenching and ferrite transformation is also likely to proceed, so it is difficult to obtain a bainitic or martensite structure (quenchability is low). That is, in general, “good SA properties” and “high quenchability” are contradictory to each other.

한편, 본 발명에 따른 강재는 Cr 및 Mn의 양이 최적화되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강재는 퀀칭성을 현저하게 손상시키지 않으면서 양호한 SA성을 나타낸다.Meanwhile, the steel material according to the present invention has optimized amounts of Cr and Mn. Therefore, the steel material according to the present invention exhibits good SA properties without significantly impairing quenching properties.

[5.2. 피삭성][5.2. machinability]

기계가공 대상이 되는 강재는 고속으로 가공하여도 가공 공구의 마모를 많이 발생시키지 않을 것이 요구된다. 공구의 마모가 심한 경우에는, 공구의 교체 빈도가 높아지고, 가공 비용이 증가한다. 한편, 공구의 마모를 피하기 위해 가공 속도가 저하되는 경우에는, 가공 효율이 저하된다. 상기와 같은 이유로, 금형용 강재는 저비용으로 효율적으로 가공될 수 있는 것, 즉 "양호한 피삭성"을 가질 것이 요구된다.Steel materials subject to machining are required to not cause significant wear of processing tools even when processed at high speeds. When tool wear is severe, tool replacement frequency increases and processing costs increase. On the other hand, when the processing speed is lowered to avoid tool wear, the processing efficiency decreases. For the above reasons, steel materials for molds are required to be able to be processed efficiently at low cost, that is, to have “good machinability.”

한편, 피삭성이 양호한 강재는 일반적으로 Si, P 및/또는 S를 다량으로 포함한다. 이러한 강재로 제조된 금형은 일반적으로 불량한 내히트체크성을 갖는다. "불량한 내히트체크성"은 히트체크(heat check)가 발생 및 진전되기 쉽다는 것을 의미한다. 이하, 그 이유를 설명한다.On the other hand, steel materials with good machinability generally contain a large amount of Si, P and/or S. Molds made from these steels generally have poor heat check resistance. “Poor heat check resistance” means that heat checks are prone to occur and develop. Below, the reason will be explained.

고Si 강재는 열전도도가 낮다. 열전도도가 낮은 강재로 제조된 금형을 다이캐스팅용으로 사용할 경우, 금형 표면의 온도 진폭이 증가하여, 발생되는 열응력이 증가하게 된다.High-Si steels have low thermal conductivity. When a mold made of steel with low thermal conductivity is used for die casting, the temperature amplitude of the mold surface increases, thereby increasing the generated thermal stress.

고P 강재로 제조된 금형은 인성이 낮다. 따라서, 이러한 금형을 다이캐스팅용으로 사용할 경우, 균열이 발생 및 진전되기 쉽다.Molds made from high P steel have low toughness. Therefore, when such a mold is used for die casting, cracks are likely to occur and propagate.

또한, 고S 강재는 상대적으로 다량의 황화물을 포함한다. 이러한 강재로 제조된 금형에서는, 황화물이 균열의 기점 또는 진전 경로로서 기능하고, 따라서 균열이 발생 및 진전되기 쉽다.Additionally, high-S steels contain relatively large amounts of sulfides. In molds made from such steel materials, sulfides function as the origin or propagation path of cracks, and thus cracks are prone to occurrence and propagation.

즉, Si, P 및/또는 S를 상대적으로 다량으로 포함하는 강재는 양호한 피삭성을 갖는다. 그러나, 이러한 강재를 금형으로 사용하는 경우, 매트릭스(matrix)에 높은 열응력이 작용한다. 따라서, 열피로 균열인 히트체크가 발생 및 진전되기 쉽다. 즉, "양호한 피삭성" 및 "양호한 내히트체크성"은 서로 상반된다.That is, steel materials containing relatively large amounts of Si, P and/or S have good machinability. However, when such steel is used as a mold, high thermal stress acts on the matrix. Therefore, heat check, which is a thermal fatigue crack, is likely to occur and progress. In other words, “good machinability” and “good heat-check resistance” are contradictory to each other.

한편, 본 발명에 따른 강재는 실질적으로 P 및 S를 전혀 포함하지 않고, 최적화된 Si의 양을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 강재는 내히트체크성을 현저하게 손상시키지 않으면서 양호한 피삭성을 나타낸다.On the other hand, the steel material according to the present invention contains substantially no P and S and has an optimized amount of Si. Therefore, the steel material according to the present invention exhibits good machinability without significantly impairing heat check resistance.

[5.3. 퀀칭 속도가 낮은 경우의 충격값][5.3. Impact value when quenching speed is low]

금형은 퀀칭 및 템퍼링에 의해 소정의 경도로 조질된 상태로 사용된다. 금형은 경도뿐만 아니라 높은 충격값을 필요로 한다. 그 이유는 높은 충격값을 갖는 금형은 심하게 균열되기 어렵기 때문이다.The mold is used after being tempered to a predetermined hardness by quenching and tempering. Molds require not only hardness but also high impact values. This is because molds with high impact values are unlikely to crack severely.

높은 충격값을 얻기 위해서는, 다음의 3가지 항목을 만족시킬 필요가 있다. 즉, (a) 소량의 조대한 이물, (b) 퀀칭 시 미세한 오스테나이트 결정립, 및 (c) 높은 퀀칭성.In order to obtain a high impact value, it is necessary to satisfy the following three items. That is, (a) a small amount of coarse foreign matter, (b) fine austenite grains upon quenching, and (c) high quenchability.

[5.3.1. 소량의 조대한 이물][5.3.1. A small amount of coarse foreign matter]

"이물"은 매트릭스와는 다른 조성을 갖는 물질로서, 탄화물, 질화물, 탄질화물, 황화물, 산화물 등을 말한다.“Foreign matter” refers to a material having a composition different from that of the matrix, such as carbide, nitride, carbonitride, sulfide, oxide, etc.

본 발명에서, "조대한 이물"은 크기(=원상당 직경)가 3 μm 이상인 이물을 말한다.In the present invention, “coarse foreign matter” refers to a foreign matter with a size (= equivalent circle diameter) of 3 μm or more.

금형에 응력이 작용하면, 조대한 이물은 균열의 기점이 되기 쉽고, 발생하는 균열의 전파 경로가 되기 쉽다. 따라서, 높은 충격값을 얻기 위해서는, 조대한 이물의 수가 작을수록 더 좋다.When stress acts on the mold, coarse foreign matter easily becomes the starting point of a crack and a propagation path for the crack that occurs. Therefore, in order to obtain a high impact value, the smaller the number of coarse foreign substances, the better.

이물은 하나의 금속 원소를 함유하는 이물 및 2 이상의 금속 원소들을 함유하는 이물을 포함한다. 종래의 다이캐스팅 금형용 강은 C 및 V를 다량 포함하기 때문에, 조대한 이물은 통상적으로 V를 함유하는 탄화물 또는 탄질화물에 의해 구성된다. V계 탄화물 또는 탄질화물의 크기 및 양은 강재의 화학 성분뿐만 아니라, 주조 시 응고 속도, 균질화 열처리의 온도 및 시간 등에 의해서도 영향을 받는다.Foreign matter includes foreign matter containing one metal element and foreign matter containing two or more metal elements. Since conventional steel for die casting molds contains a large amount of C and V, the coarse foreign matter is usually composed of V-containing carbides or carbonitrides. The size and amount of V-based carbides or carbonitrides are affected not only by the chemical composition of the steel, but also by the solidification rate during casting and the temperature and time of homogenization heat treatment.

[5.3.2. 퀀칭 시 미세한 오스테나이트 결정립][5.3.2. Fine austenite grains during quenching]

오스테나이트로부터 마르텐사이트 또는 베이나이트가 생성될 때, 오스테나이트 결정립은 여러 개의 패킷(packets)으로 분할된다. 각각의 패킷은 복수의 스트립 형태(strip-shaped)의 블록으로 분할된다. 이 경우에, 마르텐사이트 또는 베이나이트 블록이 짧을수록, 균열 전파가 더 어렵다. 블록은 오스테나이트 결정립계를 초과할 수 없다.When martensite or bainite is created from austenite, the austenite grains are divided into several packets. Each packet is divided into a plurality of strip-shaped blocks. In this case, the shorter the martensite or bainite block, the more difficult it is for the crack to propagate. The block cannot exceed the austenite grain boundaries.

따라서, 퀀칭 시 오스테나이트 결정립이 미세한 경우, 변태된 조직의 블록들도 미세하고, 충격값은 커지게 된다. 퀀칭 시 오스테나이트 결정립 크기는 강재의 화학 성분뿐만 아니라, 퀀칭을 위한 가열 온도, 유지 시간 등에 의해서도 영향을 받는다.Therefore, when the austenite grains are fine during quenching, the blocks of the transformed structure are also fine, and the impact value increases. During quenching, the austenite grain size is affected not only by the chemical composition of the steel, but also by the heating temperature and holding time for quenching.

[5.3.3. 높은 퀀칭성][5.3.3. High quenching ability]

금형의 크기가 커짐에 따라, 퀀칭 시 냉각 속도는 감소하게 된다. 이러한 경향은 금형 내부에서 특히 두드러진다. 따라서, 최근 금형의 크기가 커짐에 따라, 금형 내부의 냉각 속도가 저하되고, 충격값의 저하가 문제된다.As the size of the mold increases, the cooling rate during quenching decreases. This trend is especially noticeable inside molds. Therefore, as the size of the mold increases recently, the cooling rate inside the mold decreases, and a decrease in impact value becomes a problem.

[5.3.4. 높은 충격값][5.3.4. high impact value]

상기와 같은 상황으로부터, 퀀칭 속도가 낮은 경우에도 높은 충격값을 얻을 수 있는 강재, 즉 "양호한 퀀칭성을 갖는 강재"에 대한 강한 요구가 존재한다. 환언하면, "양호한 퀀칭성"은 퀀칭 속도가 낮은 경우에도 조대한 베이나이트가 생성되지 않는 것을 의미한다.From the above situation, there is a strong demand for a steel that can obtain high impact values even when the quenching rate is low, that is, a “steel with good quenchability.” In other words, “good quenchability” means that coarse bainite is not formed even when the quenching rate is low.

한편, 퀀칭성이 양호한 강재는 SA성이 나쁘다. 일반적으로, 퀀칭성이 양호한 강재는 저C, 고Ni 및 고Mn을 갖는다. 이는, 이러한 강재에서는, SA의 서냉 동안 탄화물이 석출되기 어렵고 페라이트 변태가 진행되기 어려워, SA 조직(탄화물이 페라이트의 모상에 분산되어 있는 조직)를 얻기 어렵기 때문이다.On the other hand, steels with good quenching properties have poor SA properties. Generally, steels with good quenchability have low C, high Ni, and high Mn. This is because, in these steel materials, carbides are difficult to precipitate and ferrite transformation is difficult to proceed during the slow cooling of SA, making it difficult to obtain an SA structure (a structure in which carbides are dispersed in the ferrite matrix).

한편, 본 발명에 따른 강재는 Cr 및 Mn의 양이 최적화되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강재는 SA성을 현저하게 손상시키지 않으면서 양호한 퀀칭성을 나타낸다.Meanwhile, the steel material according to the present invention has optimized amounts of Cr and Mn. Therefore, the steel material according to the present invention exhibits good quenching properties without significantly impairing SA properties.

[5.4. 내히트체크성][5.4. Heat check resistance]

다이캐스팅 금형의 표면은 용융 금속과의 접촉으로 인한 온도 상승 및 이형제(release agent)의 도포로 인한 냉각의 사이클을 겪게 된다. 이러한 온도 진폭으로 인해 열응력이 발생되고, 금형 클램핑 또는 사출로 인한 기계적 응력도 작용하여, 금형 표면에 피로에 의한 크랙(히트체크)이 발생된다. 용융 금속이 크랙에 들어가 응고되면, 이 응고된 부분은 주조 표면으로 전이되고, 이는 미관을 해치는 원인이 된다.The surface of a die casting mold undergoes a cycle of temperature rise due to contact with molten metal and cooling due to application of a release agent. This temperature amplitude generates thermal stress, and mechanical stress due to mold clamping or injection also acts, causing cracks (heat checks) due to fatigue on the mold surface. When molten metal enters a crack and solidifies, the solidified portion transfers to the casting surface, causing unsightly appearance.

따라서, 금형은 히트체크를 일으키기 어려울 것, 즉 "양호한 내히트체크성"을 가질 것이 요구된다.Therefore, the mold is required to be difficult to cause heat checking, that is, to have “good heat checking resistance.”

이와 같이, "양호한 피삭성" 및 "양호한 내히트체크성"은 서로 상반된다. 일반적으로, 내히트체크성이 양호한 강재는 소량의 Si, P 및 S를 갖는다. 그러나, 이러한 강재는, 절삭 공구에 부착되기 쉽고, 절삭 표면에 윤활 작용을 제공하는 S 화합물을 소량 포함하고, 인성이 높고, 끈적거림이 있어, 피삭성에 있어서 열위하다. In this way, “good machinability” and “good heat-check resistance” are contradictory to each other. Generally, steels with good heat check resistance have small amounts of Si, P, and S. However, these steels tend to adhere to cutting tools, contain a small amount of S compounds that provide a lubricating effect on the cutting surface, have high toughness, are sticky, and are inferior in machinability.

한편, 본 발명에 따른 강재는 실질적으로 P 및 S를 전혀 포함하지 않고, 최적화된 Si의 양을 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 강재는 피삭성을 현저하게 손상시키지 않으면서 양호한 내히트체크성을 나타낸다.On the other hand, the steel material according to the present invention contains substantially no P and S and has an optimized amount of Si. Therefore, the steel material according to the present invention exhibits good heat check resistance without significantly impairing machinability.

[5.5. 연화 저항성][5.5. softening resistance]

다이캐스팅 금형의 표면의 온도는 용융 금속과의 접촉에 의해 상승한다. 주조 샷(casting shots)의 수가 증가되는 경우, 고온에 노출되는 누적 시간 또한 증가되어, 금형 표면의 경도가 저하될 수 있다. 이러한 연화는 고온 강도의 저하를 초래하고, 그 결과, 내히트체크성이 열화된다. The temperature of the surface of the die casting mold rises due to contact with the molten metal. When the number of casting shots increases, the cumulative time of exposure to high temperatures also increases, which may reduce the hardness of the mold surface. This softening causes a decrease in high-temperature strength, and as a result, heat check resistance deteriorates.

상기와 같은 이유로, 다이캐스팅 금형은 연화되기 어려울 것, 즉 "높은 연화 저항성"을 가질 것이 요구된다. 그러나, Cr량의 감소에 의해 연화 저항성이 향상된 강재는 고온 강도가 낮다는 사실에 주의할 필요가 있다. 이는 저Cr강은 고온에서의 고용 강화가 나쁘기 때문이다. 고온 강도의 감소는 내히트체크성을 열화시킨다. 즉, "양호한 연화 저항성" 및 "양호한 내히트체크성"은 서로 상반된다.For the above reasons, die casting molds are required to be difficult to soften, that is, to have “high softening resistance.” However, it is important to note that steels with improved softening resistance by reducing the Cr content have low high-temperature strength. This is because low Cr steel has poor solid solution strengthening at high temperatures. A decrease in high temperature strength deteriorates heat check resistance. In other words, “good softening resistance” and “good heat-check resistance” are contradictory to each other.

한편, 본 발명에 따른 강재는 Cr 및 Mn의 양이 최적화되어 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강재는 퀀칭성 및 내히트체크성을 현저하게 손상시키지 않으면서 양호한 연화 저항성을 나타낸다.Meanwhile, the steel material according to the present invention has optimized amounts of Cr and Mn. Therefore, the steel material according to the present invention exhibits good softening resistance without significantly impairing quenchability and heat check resistance.

실시예Example

[1. 적합한 원소량 검증 시험][One. Appropriate element amount verification test]

[1.1. 개요][1.1. outline]

이하, 본 발명에서 달성하고자 하는 항목들을 다시 설명한다.Hereinafter, the items to be achieved in the present invention will be described again.

(1) SA성(1) SA-type

(2) 피삭성(2) machinability

(3) 퀀칭 속도가 낮은 경우의 충격값(3) Impact value when quenching speed is low

(a) 소량의 조대한 이물 (a) A small amount of coarse foreign matter

(b) 퀀칭 시 미세한 오스테나이트 결정립 (b) Fine austenite grains upon quenching.

(c) 높은 퀀칭성 (c) High quenchability

(4) 내히트체크성(4) Heat check resistance

(5) 연화 저항성(5) softening resistance

다음의 검증 시험에서는, (3)(a) 이외의 항목들을 대상으로 하였다. 그 이유는 다음 세 가지가 있다.In the following verification test, items other than (3)(a) were targeted. There are three reasons:

첫 번째 이유는, (3)(a)는 응고 속도가 낮은 공업적 크기(8톤 이상의 질량)의 잉곳으로부터 제조된 강재로만 정확하게 검증할 수 있기 때문이다.The first reason is that (3)(a) can only be accurately verified with steel manufactured from industrial-sized ingots (mass of 8 tons or more) with a low solidification rate.

두 번째 이유는, 실제 8톤 이상의 잉곳을 사용하여 대형 강재를 제조하는 경우, 비용 및 검사 시간이 과도하기 때문이다.The second reason is that when manufacturing large steel materials using ingots weighing more than 8 tons, the cost and inspection time are excessive.

세 번째 이유는, (3)(a)의 영향이 매우 크기 때문에, 충격값에 대한 (3)(b) 또는 (3)(c)의 영향을 정확하게 검증하기 위해서는 (3)(a)의 영향을 배제해야 하기 때문이다.The third reason is that because the influence of (3)(a) is very large, in order to accurately verify the influence of (3)(b) or (3)(c) on the shock value, the influence of (3)(a) This is because it must be excluded.

따라서, 응고 속도가 높은 잉곳(질량 150 kg의 작은 잉곳)으로부터 단면이 작은 강재(직경: 82 mm × 길이: 3000 mm 정도)를 제조하였다. 다음으로, 강재로부터 제조된 시험편에 공업적 제조 방법(즉, 대형 금형 강재 및 대형 금형을 제조하는 방법)을 모사한 열처리를 수행하였다. 이러한 방식으로, 공업적 크기를 갖는 잉곳으로부터 금형을 제조할 때 "(3)(a) 이외의" 강재의 특성이 적절하게 평가될 수 있다고 생각된다.Therefore, a steel material with a small cross section (diameter: 82 mm × length: approximately 3000 mm) was manufactured from an ingot with a high solidification rate (a small ingot with a mass of 150 kg). Next, heat treatment simulating an industrial manufacturing method (i.e., a method of manufacturing large mold steel and large molds) was performed on the test piece manufactured from the steel material. In this way, it is believed that the properties of the steel "other than (3)(a)" can be appropriately evaluated when manufacturing molds from ingots of industrial size.

한편, (3)(a)는 실제로 공업적 크기를 가지며 응고 속도가 낮은 잉곳(8톤 이상의 질량을 갖는 잉곳)으로부터 제조된 강재로 평가했다.Meanwhile, (3)(a) was evaluated as a steel manufactured from an ingot of actual industrial size and a low solidification rate (an ingot with a mass of 8 tons or more).

[1.2. C량의 상한의 검증 시험][1.2. [Verification test of upper limit of C quantity]

[1.2.1. 샘플 제작][1.2.1. Sample production]

[A. SA 상태의 환봉(round bar)의 제작][A. Production of round bars in SA state]

이하, C의 양이 0.37 질량%를 초과할 때의 충격값의 감소를 검증하였다.Hereinafter, the decrease in impact value when the amount of C exceeded 0.37 mass% was verified.

강재의 성분(질량%)은 0.90 Si-0.06 Cu-0.13 Ni-0.81 Mn-6.23 Cr-1.79 Mo-0.019 Al-0.028 N-0.28 V로 설정하고, C의 양을 계통적으로(systematically) 변화시켰다. 이들 강종을 150 kg의 잉곳으로 주조하였다. 잉곳 제조 후, 균질화 열처리, 열간 가공, 노멀라이징, 템퍼링 및 SA를 수행하였다. 이 검증에서는, 노멀라이징 및 템퍼링을 수행하였으나, 이들 처리는 생략될 수 있다. 상기 단계를 통하여, 직경: 82 mm × 길이: 3000 mm 정도의 SA 상태의 강재(환봉)를 제조하였다.The composition (mass%) of the steel was set to 0.90 Si-0.06 Cu-0.13 Ni-0.81 Mn-6.23 Cr-1.79 Mo-0.019 Al-0.028 N-0.28 V, and the amount of C was systematically changed. These steel grades were cast into 150 kg ingots. After ingot production, homogenization heat treatment, hot processing, normalizing, tempering, and SA were performed. In this verification, normalizing and tempering were performed, but these treatments can be omitted. Through the above steps, a steel material (round bar) in SA state with a diameter of approximately 82 mm × length of approximately 3000 mm was manufactured.

[B. 열간 가공을 모사한 각봉의 열처리][B. [Heat treatment of square bars simulating hot working]

SA 상태의 환봉으로부터 12 mm × 12 mm × 55 mm의 각봉 10개를 제작하였다.Ten square bars measuring 12 mm × 12 mm × 55 mm were manufactured from round bars in SA state.

얻어진 각봉을 가열하여 공업적 열간 가공 시의 오스테나이트 결정립 크기를 재현하였다. 즉, 각봉을 진공 중 1240℃에서 2시간 동안 유지하였다. 공업적 단계에서는, 열처리가 반드시 진공에서 수행되는 것은 아니지만, 검증의 목적이 온도 이력을 모사하는 것이기 때문에, 진공에서 열처리를 수행하였다.The obtained square bars were heated to reproduce the austenite grain size during industrial hot processing. That is, each rod was maintained at 1240°C in vacuum for 2 hours. At the industrial stage, heat treatment is not necessarily performed in vacuum, but since the purpose of verification is to simulate the temperature history, heat treatment was performed in vacuum.

다음으로, 각봉에 대해, 잉곳을 사이즈가 큰 강재로 열간 가공한 후의 냉각을 모사한 열처리를 행하였다. 즉, 1240℃에서 2시간 동안 유지한 후, 각봉을 1000℃까지 1℃/분으로 냉각하고, 그 후 1000℃에서 600℃까지 0.5℃/분으로 냉각하였다.Next, heat treatment simulating cooling after hot working the ingot into a large-sized steel material was performed on the square bar. That is, after maintaining at 1240°C for 2 hours, each rod was cooled at 1°C/min to 1000°C, and then at 0.5°C/min from 1000°C to 600°C.

C의 양이 많은 강종의 경우에는, 이 온도 구간에서 오스테나이트 결정립계에 탄화물이 석출되었다. 탄화물은 봉형, V형, W형 또는 물결형을 가졌고, 장축 방향으로 크기가 0.5 μm 내지 3 μm였다. 석출된 탄화물은 대형 강재에서 응고 시에 결정화된 이물보다 크기가 더 작았으나, 입계를 덮도록 결정립계에 간헐적으로 분포되어 있었다. 이러한 입계 탄화물이 존재하는 경우에는, 입계에서 파단이 발생하기 쉽고, 충격값이 현저하게 감소된다.In the case of steels with a large amount of C, carbides were precipitated at the austenite grain boundaries in this temperature range. The carbide had a rod-shaped, V-shaped, W-shaped, or wavy shape, and had a size of 0.5 μm to 3 μm in the long axis direction. The precipitated carbide was smaller in size than the foreign matter crystallized during solidification in the large steel, but was intermittently distributed at the grain boundaries to cover the grain boundaries. When such grain boundary carbides exist, fracture is likely to occur at grain boundaries, and the impact value is significantly reduced.

600℃ 이하의 온도 범위에서는, 진공로에 불활성 가스를 도입하여 3 Torr 내지 4 Torr (0.40 kPa 내지 0.53 kPa)로 가압하고, 추가로 불활성 가스를 강제 대류시켜 각봉을 급속 냉각시켰다.In the temperature range below 600°C, an inert gas was introduced into the vacuum furnace and pressurized to 3 Torr to 4 Torr (0.40 kPa to 0.53 kPa), and the inert gas was further forced to convect to rapidly cool the rod.

600℃ 이하에서의 냉각 속도는 공업적으로 제조되는 크기가 큰 강재를 모사하지 않는다. 그러나, 본 평가의 목적은 "열간 가공 후의 고온 범위에서 석출된 입계 탄화물의 영향"을 조사하는 것이기 때문에, 600℃ 이하에서의 냉각 이력이 전술한 이력인 경우에도 목적이 달성될 수 있다. 입계 탄화물은 열간 가공 후 "노멀라이징-템퍼링-SA-퀀칭 및 템퍼링"으로도 제거되지 않고, 최종적으로 금형 내에 남아 충격값을 크게 감소시킨다.Cooling rates below 600°C do not simulate large-sized industrially manufactured steels. However, since the purpose of this evaluation is to investigate “the influence of grain boundary carbides precipitated in the high temperature range after hot working,” the purpose can be achieved even when the cooling history below 600°C is the above-mentioned history. The grain boundary carbides are not removed even through “normalizing-tempering-SA-quenching and tempering” after hot processing, and ultimately remain in the mold, greatly reducing the impact value.

[C. 각봉의 노멀라이징, 템퍼링, SA, 퀀칭 및 템퍼링][C. Normalizing, tempering, SA, quenching and tempering of each bar]

다음으로, 열간 가공을 모사한 열처리를 행한 각봉에 대해, 공업적 제조 방법에 따라 진공 중에서 노멀라이징, 템퍼링 및 SA를 행하였다.Next, normalizing, tempering, and SA were performed in vacuum according to an industrial manufacturing method on the square bar that had undergone heat treatment simulating hot working.

또한, SA 상태의 각봉을 진공 퀀칭하였다. 즉, 각봉을 진공 중 950℃에서 1시간 동안 유지하였다. 다음으로, 불활성 가스를 진공로에 도입하여 3 Torr 내지 4 Torr (0.40 kPa 내지 0.53 kPa)로 가압하고, 추가로 불활성 가스를 강제 대류시켜 각봉을 100℃ 이하로 급속 냉각시켰다.Additionally, each rod in the SA state was vacuum quenched. That is, each rod was maintained at 950°C in vacuum for 1 hour. Next, the inert gas was introduced into the vacuum furnace and pressurized to 3 Torr to 4 Torr (0.40 kPa to 0.53 kPa), and the inert gas was further forced to convect to rapidly cool the rod to 100°C or lower.

퀀칭 시의 950℃에서 100℃까지의 냉각 시간은 60분 이내였다. 즉, 각봉의 냉각은 공업적으로 제조되는 사이즈가 큰 강재의 냉각과는 다르다. 그러나, 본 평가의 목적은 "열간 가공 후의 고온 범위에서 석출된 입계 탄화물의 영향"을 조사하는 것이기 때문에, 퀀칭이 급냉인 경우에도 목적이 달성될 수 있다.The cooling time from 950°C to 100°C during quenching was within 60 minutes. In other words, cooling of square bars is different from cooling of industrially manufactured large-sized steel materials. However, since the purpose of this evaluation is to investigate “the influence of grain boundary carbides precipitated in the high temperature range after hot working,” the purpose can be achieved even when quenching is quenching.

이어서, 퀀칭 후의 각봉을 추가로 템퍼링하였다. 템퍼링은 각봉을 560℃에서 2시간 동안 유지한 후, 100℃ 이하로 냉각함으로써 수행하였다.Subsequently, the square bar after quenching was additionally tempered. Tempering was performed by maintaining the rod at 560°C for 2 hours and then cooling it to 100°C or lower.

또한, 템퍼링을 추가적으로 수행하였다. 즉, 상기 각봉을 560℃ 내지 600℃에서 소정 시간 유지한 후, 100℃ 이하로 냉각하였다. 이 처리를 1회 이상 실시하고, 각봉을 44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질하였다. 강종(C의 양)에 따라 유지 온도 및 시간, 처리 횟수를 변화시켰다. 이는 C의 양이 달라지면 연화 저항성이 달라지기 때문이다.Additionally, tempering was additionally performed. That is, the rod was maintained at 560°C to 600°C for a predetermined time and then cooled to 100°C or lower. This treatment was performed more than once, and each bar was tempered to 44.5 HRC to 45.5 HRC. The holding temperature, time, and number of treatments were changed depending on the steel type (amount of C). This is because the softening resistance changes as the amount of C changes.

[1.2.2. 시험 방법][1.2.2. Test Methods]

44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질된 각봉으로부터 충격 시험편을 제작하였다. 충격 시험편은 JIS Z2242:2018에 따르는 형상(10 mm × 10 mm × 50 mm, 노치 팁의 원호 반경: 1 mm, 노치 깊이: 2 mm, 시험편의 노치 바닥 하부 단면적: 0.8 ㎠)을 가졌다. 얻어진 충격 시험편을 이용하여 충격 시험을 15℃ 내지 35℃에서 수행하였다.Impact test specimens were produced from square bars tempered to 44.5 HRC to 45.5 HRC. The impact test specimen had a shape according to JIS Z2242:2018 (10 mm × 10 mm × 50 mm, arc radius of the notch tip: 1 mm, notch depth: 2 mm, cross-sectional area below the notch bottom of the test specimen: 0.8 cm2). Impact tests were performed at 15°C to 35°C using the obtained impact test specimens.

평가를 위하여 충격값을 이용하였다. 여기서 말하는 충격값[J/㎠]은 흡수 에너지[J]를 시험편 노치 바닥의 하부에서의 단면적 0.8㎠로 나눈 값이며, 10개의 시험편의 평균값을 말한다.Shock value was used for evaluation. The impact value [J/㎠] mentioned here is the absorbed energy [J] divided by the cross-sectional area of 0.8㎠ at the bottom of the notch bottom of the test specimen, and refers to the average value of 10 test specimens.

[1.2.3. 결과][1.2.3. result]

다이캐스팅 금형에 요구되는 충격값은, 부하(load)가 작은 금형에서는 20 J/㎠ 이상이고, 부하가 큰 금형에서는 25 J/㎠ 이상이다. 충격값이 30 J/㎠ 이상인 다이캐스팅 금형에서는, 파괴의 위험성이 상당히 감소된다.The impact value required for a die casting mold is 20 J/cm2 or more for a mold with a small load, and 25 J/cm2 or more for a mold with a large load. In die casting molds with an impact value of 30 J/cm2 or more, the risk of fracture is significantly reduced.

본 평가에서는, 퀀칭이 급속 냉각이지만, 실제 대형 금형에서 퀀칭이 서냉인 경우, 충격값은 약 5 J/㎠ 정도 저하한다. 따라서, 여기서, 품질 판정을 수행하기 위한 충격값의 문턱값을 25 J/㎠로 설정하였다.In this evaluation, quenching is rapid cooling, but when quenching is actually slow cooling in a large mold, the impact value decreases by about 5 J/cm2. Therefore, here, the threshold value of the impact value for performing quality determination was set to 25 J/cm2.

도 1은 C의 양과 충격값 사이의 관계를 나타낸다. 대형 금형과 달리, 시험에 사용된 충격 시험편에서는, 퀀칭이 급냉이다. 그럼에도 불구하고, C의 양이 과도한 경우에, 시험편은 충격값이 20 J/㎠ 미만이었다. 이로부터, 열간 가공 후의 고온 범위에서 석출된 입계 탄화물의 영향이 매우 크다는 것을 알 수 있다. 도 1로부터, C의 양이 0.37 질량% 이하인 강종은 충격값이 25 J/㎠ 이상인 것을 알 수 있다.Figure 1 shows the relationship between the amount of C and the impact value. Unlike large molds, for the impact specimens used in testing, quenching is rapid cooling. Nevertheless, in cases where the amount of C was excessive, the test specimen had an impact value of less than 20 J/cm2. From this, it can be seen that the influence of grain boundary carbides precipitated in the high temperature range after hot processing is very significant. From Figure 1, it can be seen that steel grades with a C content of 0.37% by mass or less have an impact value of 25 J/cm2 or more.

[1.3. V량의 상한의 검증 시험][1.3. [Verification test of upper limit of V quantity]

[1.3.1. 충격 시험편의 제작 및 충격 시험][1.3.1. Production and impact testing of impact test specimens]

이하, V의 양이 0.28 질량%를 초과하는 경우에서의 충격값의 저하를 검증하였다.Hereinafter, the decrease in impact value when the amount of V exceeded 0.28% by mass was verified.

강재의 성분(질량%)은 0.37 C-0.90 Si-0.04 Cu-0.13 Ni-0.82 Mn-6.21 Cr-1.97 Mo-0.013 Al-0.028 N으로 설정하고, V의 양을 계통적으로 변화시켰다. 이들 강종을 150 kg의 잉곳으로 주조하였다. 그 후, C량의 검증 시험과 동일한 방법으로, 충격 시험편을 제작하고, 충격 시험을 수행하였다.The composition (mass%) of the steel was set to 0.37 C-0.90 Si-0.04 Cu-0.13 Ni-0.82 Mn-6.21 Cr-1.97 Mo-0.013 Al-0.028 N, and the amount of V was systematically changed. These steel grades were cast into 150 kg ingots. Afterwards, in the same manner as the verification test for amount C, an impact test piece was produced and an impact test was performed.

[1.3.2. 충격 시험의 결과][1.3.2. Result of impact test]

도 2는 V의 양과 충격값 사이의 관계를 나타낸다. 대형 금형과 달리, 시험에 사용된 충격 시험편에서는, 퀀칭이 급냉이다. 그럼에도 불구하고, V의 양이 과도한 경우에, 시험편은 충격값이 20 J/㎠ 미만이었다. 이로부터, 열간 가공 후의 고온 범위에서 석출된 입계 탄화물의 영향이 매우 크다는 것을 알 수 있다. 도 2로부터, V의 양이 0.28 질량% 이하인 강종은 충격값이 25 J/㎠ 이상인 것을 알 수 있다.Figure 2 shows the relationship between the amount of V and the impact value. Unlike large molds, for the impact specimens used in testing, quenching is rapid cooling. Nevertheless, when the amount of V was excessive, the test specimen had an impact value of less than 20 J/cm2. From this, it can be seen that the influence of grain boundary carbides precipitated in the high temperature range after hot processing is very significant. From Figure 2, it can be seen that steel grades with a V amount of 0.28% by mass or less have an impact value of 25 J/cm2 or more.

[1.3.3. C량 및 V량의 적정 범위][1.3.3. Appropriate range of C and V amounts]

도 3은 C의 양 및 V의 양의 범위를 나타낸다. 본 발명에서는, C의 양 및 V의 양을 "경도", "조대한 이물의 양", "열간 가공 후 석출된 입계 탄화물의 양" 및 "피닝 입자의 양"을 고려하여 한정하였다. 종래의 열간 가공 다이강은 C의 양이 0.32질량% 이상이고 V의 양이 0.30질량% 이상이다. 한편, 본 발명에 따른 강재는 C의 양이 0.37질량% 이하이고 V의 양이 0.28질량% 이하이기 때문에, C의 양 및 V의 양의 범위가 종래의 강과 상이함을 알 수 있다.Figure 3 shows the range of amounts of C and amounts of V. In the present invention, the amount of C and the amount of V were limited in consideration of “hardness,” “amount of coarse foreign matter,” “amount of intergranular carbides precipitated after hot processing,” and “amount of pinning particles.” Conventional hot-working die steel has a C content of 0.32 mass% or more and a V content of 0.30 mass% or more. Meanwhile, in the steel according to the present invention, the amount of C is 0.37 mass% or less and the amount of V is 0.28 mass% or less, so it can be seen that the ranges of the amount of C and the amount of V are different from those of conventional steel.

또한, 본 발명은 퀀칭 온도에 있어서 종래의 강과 다르다. 종래의 강의 퀀칭 온도는 C 및 V를 충분히 용해시키기 위해 1010℃ 내지 1040℃ 만큼 높다. 한편, C 및 V의 양이 적은 본 발명의 퀀칭 온도는 920℃ 내지 980℃ 만큼 낮을 수 있고, 이는 퀀칭된 금형의 변형이 적고 금형에 균열이 발생하기 어렵다는 점에서 유리하다.Additionally, the present invention differs from conventional steels in its quenching temperature. Quenching temperatures for conventional steels are as high as 1010°C to 1040°C to sufficiently dissolve C and V. Meanwhile, the quenching temperature of the present invention with small amounts of C and V can be as low as 920°C to 980°C, which is advantageous in that the deformation of the quenched mold is small and cracks are unlikely to occur in the mold.

[1.4. Mn + Cr량의 하한의 검증 시험][1.4. [Verification test of lower limit of Mn + Cr amount]

[1.4.1. 임계 냉각 속도의 개요][1.4.1. Overview of critical cooling rate]

이하, Mn+Cr의 양을 최적화함으로써 퀀칭성이 향상되고, 따라서 퀀칭 속도가 낮은 경우에도 높은 충격값을 얻을 수 있음을 검증하였다.Hereinafter, it was verified that quenching properties were improved by optimizing the amount of Mn+Cr, and therefore, high impact values could be obtained even when the quenching rate was low.

퀀칭성을 평가하기 위해 CCT 다이어그램이 종종 이용된다. 퀀칭 온도로부터 강재를 일정한 속도로 냉각하는 단계 시의 치수 변화(수축 -> 팽창 -> 수축)를 기초로 변태점을 결정하였다. CCT diagrams are often used to evaluate quenchability. The transformation point was determined based on the dimensional change (contraction -> expansion -> contraction) during the step of cooling the steel at a constant rate from the quenching temperature.

도 4는 CCT 다이어그램의 개략도를 나타낸다. 도 4에서, "●"는 상기 기준(criteria)에 따라 결정되는 변태 온도를 나타내고, 퀀칭 온도에서부터 일정 냉각 속도가 상이한 데이터를 나타낸다. ●에 기초하여, 변태 온도에 대응하는 라인을 그린다. 실선은 매우 정확한 라인을 나타내고, 파선은 추정된 라인을 나타낸다. 도 4에서, 마르텐사이트와 베이나이트 사이의 경계를 지나는 냉각 속도(화살표의 선)가 임계 냉각 속도 X이다.Figure 4 shows a schematic diagram of a CCT diagram. In FIG. 4, “●” represents the transformation temperature determined according to the above criteria, and represents data at which a certain cooling rate differs from the quenching temperature. ● Based on this, draw a line corresponding to the transformation temperature. Solid lines represent highly accurate lines, and dashed lines represent estimated lines. In Figure 4, the cooling rate across the boundary between martensite and bainite (line of arrows) is the critical cooling rate X.

임계 냉각 속도 X는 Mn, Cr 등에 의해 크게 영향을 받는다. 도 5는 강종에 따른 임계 냉각 속도 X의 차이의 개략도이다. 도 5에서, 강 B의 베이나이트의 위치는 강 A의 것의 우측(긴 시간 측)에 있다. 이는 강 B의 X가 강 A의 X보다 작음을 나타낸다.Critical cooling rate X is greatly influenced by Mn, Cr, etc. Figure 5 is a schematic diagram of the difference in critical cooling rate In Figure 5, the position of bainite in steel B is to the right (long time side) of that in steel A. This indicates that X of steel B is smaller than X of steel A.

즉, 강 B는 X가 작은 경우에도 미세한 조직(마르텐사이트, 또는 저온에서 변태된 베이나이트)를 갖기 쉽다. 이와 같이, X가 작은 강은 "양호한 퀀칭성"을 갖는 것으로 간주된다. 양호한 퀀칭성을 갖는 강은 X가 작은 "대형 금형"에도 퀀칭이 용이하고, 미세한 조직을 갖기 쉽다.In other words, steel B tends to have a fine structure (martensite, or bainite transformed at low temperature) even when X is small. Likewise, steels with small X are considered to have “good quenchability.” Steels with good quenchability are easy to quench even in “large molds” with small X and tend to have a fine structure.

[1.4.2. SA 상태의 환봉의 제작][1.4.2. Production of round bars in SA state]

이하, Mn+Cr의 양이 퀀칭성 및 충격값에 미치는 영향을 검증하였다.Below, the effect of the amount of Mn+Cr on quenchability and impact value was verified.

강재의 성분(질량%)은 0.32 C-0.45 Si-0.08 Cu-0.11 Ni-1.06 Mo-0.18 V-0.028 Al-0.011 N으로 설정하고, Mn의 양 및 Cr의 양을 계통적으로 변화시켰다. 이들 강종을 150 kg의 잉곳으로 주조하였다. 그 후, C량의 검증 시험과 동일한 방법으로, 직경 82 mm × 길이 3000 mm 정도의 SA 상태의 강재(환봉)를 제조하였다.The composition (mass%) of the steel was set to 0.32 C-0.45 Si-0.08 Cu-0.11 Ni-1.06 Mo-0.18 V-0.028 Al-0.011 N, and the amounts of Mn and Cr were systematically changed. These steel grades were cast into 150 kg ingots. Afterwards, in the same manner as the verification test for quantity C, a steel material (round bar) in SA state with a diameter of approximately 82 mm × length of approximately 3000 mm was manufactured.

[1.4.3. 시험 방법][1.4.3. Test Methods]

[A. 임계 냉각 속도의 측정][A. Measurement of critical cooling rate]

SA 상태의 환봉으로부터 직경 4 mm × 길이: 10 mm의 실질적인 형상을 갖는 시험편을 제작하였다. 시험편을 950℃의 퀀칭 온도로 가열하고 임의의 일정한 속도로 100℃ 이하로 냉각하였다. 그 때의 치수 변화(수축 -> 팽창 -> 수축)에 기초하여 변태점을 결정하였다. 또한, 얻어진 변태점에 기초하여 임계 냉각 속도 X를 결정하였다.A test piece having a substantial shape of 4 mm in diameter x 10 mm in length was produced from a round bar in the SA state. The test specimen was heated to a quenching temperature of 950°C and cooled to below 100°C at a random constant rate. The transformation point was determined based on the dimensional change at that time (contraction -> expansion -> contraction). Additionally, the critical cooling rate X was determined based on the obtained transformation point.

[B. 충격 시험][B. Impact test]

SA 상태의 환봉으로부터 12 mm × 12 mm × 55 mm의 10개의 각봉을 제작하였다. 각봉을 진공 중 950℃에서 1시간 동안 유지한 후 퀀칭하였다. 퀀칭 시의 냉각 속도는 950℃에서 750℃까지는 8℃/분, 750℃에서 500℃까지는 5℃/분, 500℃에서 200℃까지는 0.5℃/분이었고, 200℃에서 100℃ 이하까지의 냉각 속도는 특별히 제어하지 않았다.Ten square bars of 12 mm × 12 mm × 55 mm were produced from the round bar in SA state. Each rod was maintained at 950°C in vacuum for 1 hour and then quenched. The cooling rate during quenching was 8℃/min from 950℃ to 750℃, 5℃/min from 750℃ to 500℃, 0.5℃/min from 500℃ to 200℃, and cooling rate from 200℃ to below 100℃. was not specifically controlled.

상기 퀀칭 단계는 2000 kg 이상의 대형 금형을 퀀칭하는 경우에 냉각 속도가 가장 낮은 내부를 가정한 예들 중 하나이다. 온도가 200℃에 도달하면 상변태가 실질적으로 완료되기 때문에, 200℃에서 100℃ 이하까지의 냉각 속도는 특별히 제어하지 않았다.The quenching step is one of the examples assuming the interior with the lowest cooling rate when quenching a large mold weighing 2000 kg or more. Since the phase transformation is substantially complete when the temperature reaches 200°C, the cooling rate from 200°C to 100°C or lower was not specifically controlled.

이어서, 각봉을 템퍼링하였다. 템퍼링은 각봉을 560℃에서 2시간 동안 유지한 후, 100℃ 이하로 냉각함으로써 수행하였다.Subsequently, each bar was tempered. Tempering was performed by maintaining the rod at 560°C for 2 hours and then cooling it to 100°C or lower.

또한, 템퍼링을 추가적으로 수행하였다. 즉, 상기 각봉을 560℃ 내지 600℃에서 소정 시간 유지한 후, 100℃ 이하로 냉각하였다. 이 처리를 1회 이상 실시하고, 각봉을 44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질하였다. 강종(Mn의 양 및 Cr의 양)에 따라 유지 온도 및 시간, 처리 횟수를 변화시켰다. 이는 Mn의 양 및/또는 Cr의 양이 달라지면 연화 저항성이 달라지기 때문이다.Additionally, tempering was additionally performed. That is, the rod was maintained at 560°C to 600°C for a predetermined time and then cooled to 100°C or lower. This treatment was performed more than once, and each bar was tempered to 44.5 HRC to 45.5 HRC. The holding temperature, time, and number of treatments were changed depending on the steel type (amount of Mn and amount of Cr). This is because the softening resistance changes when the amount of Mn and/or the amount of Cr changes.

44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질된 각봉으로부터 충격 시험편을 제작하였다. 충격 시험편은 JIS Z2242:2018에 따르는 형상(10 mm × 10 mm × 50 mm, 노치 팁의 원호 반경: 1 mm, 노치 깊이: 2 mm, 시험편의 노치 바닥 하부 단면적: 0.8 ㎠)이었다. 얻어진 충격 시험편을 이용하여 충격 시험을 15℃ 내지 35℃에서 수행하였다.Impact test specimens were produced from square bars tempered to 44.5 HRC to 45.5 HRC. The impact test specimen had a shape according to JIS Z2242:2018 (10 mm × 10 mm × 50 mm, arc radius of the notch tip: 1 mm, notch depth: 2 mm, cross-sectional area below the notch bottom of the test specimen: 0.8 cm2). Impact tests were performed at 15°C to 35°C using the obtained impact test specimens.

평가를 위하여 충격값을 이용하였다. 여기서 말하는 충격값[J/㎠]은 흡수 에너지[J]를 시험편 노치 바닥의 하부에서의 단면적 0.8㎠로 나눈 값이며, 10개의 시험편의 평균값을 말한다.Shock value was used for evaluation. The impact value [J/㎠] mentioned here is the absorbed energy [J] divided by the cross-sectional area of 0.8㎠ at the bottom of the notch bottom of the test specimen, and refers to the average value of 10 test specimens.

[1.4.4. 결과][1.4.4. result]

[A. 임계 냉각 속도][A. critical cooling rate]

도 6은 Mn+Cr의 양이 임계 냉각 속도에 미치는 영향을 나타낸다. 도 6으로부터, Mn+Cr의 양이 증가할수록 임계 냉각 속도가 감소하는 것, 즉 퀀칭성이 증가하는 것을 알 수 있다.Figure 6 shows the effect of the amount of Mn+Cr on the critical cooling rate. From Figure 6, it can be seen that as the amount of Mn+Cr increases, the critical cooling rate decreases, that is, the quenchability increases.

[B. 충격 시험][B. Impact test]

이상으로부터, Mn+Cr의 양이 증가할수록 퀀칭성이 증가하는 것을 알 수 있었다. 이하, Mn+Cr의 양의 증가 효과를 실제로 퀀칭 속도가 낮은 경우의 충격값에 기초하여 검증했다. 이는 퀀칭성이 높더라도(X가 작더라도), 마르텐사이트 변태점이 높은 경우에는 충격값이 증가하지 않기 때문이다.From the above, it was found that as the amount of Mn+Cr increases, the quenching property increases. Hereinafter, the effect of increasing the amount of Mn+Cr was verified based on the impact value when the quenching rate was actually low. This is because even if quenchability is high (even if X is small), the impact value does not increase when the martensite transformation point is high.

도 7은 퀀칭 속도가 낮은 경우에 Mn+Cr의 양이 충격값에 미치는 영향을 나타낸다. 도 7로부터, Mn+Cr의 양이 증가할수록 충격값이 증가하는 것을 알 수 있다. 도 7에서는, 마르텐사이트 또는 베이나이트의 변태가 일어나는 500℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 냉각 속도를 0.5℃/분으로 설정하였다.Figure 7 shows the effect of the amount of Mn+Cr on the impact value when the quenching rate is low. From Figure 7, it can be seen that the impact value increases as the amount of Mn+Cr increases. In Figure 7, the cooling rate was set to 0.5°C/min in the temperature range of 500°C to 200°C where transformation of martensite or bainite occurs.

Mn+Cr의 양이 6.60질량% 이상인 강종은 충격값이 25 J/㎠ 이상이었다. Mn+Cr의 양이 6.60질량%인 강종의 경우에는, 10개의 시험편 중 1개의 시험편이 20 J/㎠ 미만의 충격값을 가졌다.Steel grades with an amount of Mn+Cr of 6.60% by mass or more had an impact value of 25 J/cm2 or more. In the case of a steel grade in which the amount of Mn+Cr was 6.60% by mass, one test piece out of ten had an impact value of less than 20 J/cm2.

또한, Mn+Cr 양이 6.70질량% 이상인 강종은 충격값이 30 J/㎠ 이상이었다. Mn+Cr의 양이 6.70질량%인 강종의 경우에는, 10개 시험편 중 어느 것도 20 J/㎠ 미만의 충격값을 갖지 않았다.In addition, steel grades with an Mn+Cr amount of 6.70% by mass or more had an impact value of 30 J/cm2 or more. In the case of a steel grade with an amount of Mn+Cr of 6.70% by mass, none of the 10 test specimens had an impact value of less than 20 J/cm2.

충격 시험편의 파괴 단면에는 조금의 조대한 이물도 관찰되지 않았다. 강재 전체에 걸쳐 이물이 존재하지 않는다는 보장은 없다. 그러나, 10개의 충격 시험편의 평가에서, 20 J/㎠ 미만의 충격값을 갖는 시험편의 개수는 1개 이하였고, 따라서 이물이 존재하더라도 그 양은 매우 적을 것으로 추정된다.No coarse foreign matter was observed in the fracture cross section of the impact test specimen. There is no guarantee that foreign matter does not exist throughout the steel. However, in the evaluation of 10 impact test pieces, the number of test pieces with an impact value of less than 20 J/cm2 was 1 or less, so even if foreign matter exists, the amount is estimated to be very small.

충격 시험 후 파괴된 시험편을 부식시켜 금속 조직을 관찰하였다. 그 결과, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 25 μm 내지 80 μm 정도로 미세하였다.After the impact test, the destroyed test piece was corroded and the metal structure was observed. As a result, the average value of the old austenite grain size was as fine as 25 μm to 80 μm.

이상으로부터, (3)(a)의 영향이 매우 작은 조건 하에서 (3)(b) 및 (3)(c)의 효과를 확인할 수 있었다.From the above, the effects of (3)(b) and (3)(c) could be confirmed under the condition that the effect of (3)(a) was very small.

[1.5. Mn/Cr의 상한의 검증 시험][1.5. Verification test of upper limit of Mn/Cr]

[1.5.1. 시험편의 제작][1.5.1. Production of test pieces]

이하, Mn/Cr이 SA성에 미치는 영향을 검증하였다.Below, the effect of Mn/Cr on SA properties was verified.

Mn+Cr의 양의 검증 시험에서와 동일하게, SA 상태의 환봉을 제조하였다. 다음으로, SA 상태의 환봉으로부터 SA성 평가용 시험편(12 mm × 12 mm × 20 mm)을 제작하였다. 시험편에 대해, 대형 금형재의 제조 공정에서의 "열간 가공-노멀라이징-템퍼링-구상화 어닐링"을 모사하는 진공 열처리를 행하고, SA성을 평가하였다. 본 검증에서는, 노멀라이징 및 템퍼링을 실시하였으나, 이들 처리는 생략될 수 있다.In the same manner as in the positive verification test of Mn+Cr, round bars in the SA state were manufactured. Next, a test piece (12 mm × 12 mm × 20 mm) for evaluation of SA properties was produced from the round bar in SA state. The test piece was subjected to vacuum heat treatment simulating "hot working-normalizing-tempering-spheroidizing annealing" in the manufacturing process of large mold materials, and SA properties were evaluated. In this verification, normalizing and tempering were performed, but these treatments can be omitted.

진공 열처리 단계의 상세는 다음과 같다. 즉, 먼저, 시험편을 진공 중 1240℃에서 0.5시간 동안 유지하였다. 이 처리는 열간 가공된 재료의 조대한 결정립을 재현하는 처리이다. 1240℃에서 0.5시간 동안 유지한 후, 로에 질소 가스를 도입하고, 질소 가스를 가압해 강제 대류를 일으켜서 시험편을 100℃ 이하로 냉각하였다.The details of the vacuum heat treatment step are as follows. That is, first, the test piece was maintained at 1240°C in vacuum for 0.5 hours. This treatment is a treatment that reproduces the coarse grains of hot-worked materials. After maintaining the temperature at 1240°C for 0.5 hours, nitrogen gas was introduced into the furnace, the nitrogen gas was pressurized to cause forced convection, and the test piece was cooled to 100°C or lower.

이어서, 시험편을 진공 중 970℃에서 1시간 동안 유지하였다. 이 처리는 노멀라이징을 모사한 것이다. 970℃에서 1시간 동안 유지한 후, 로에 질소 가스를 도입하고, 질소 가스를 가압해 강제 대류를 일으켜서 시험편을 100℃ 이하로 냉각하였다.The test piece was then maintained at 970°C in vacuum for 1 hour. This processing simulates normalizing. After maintaining at 970°C for 1 hour, nitrogen gas was introduced into the furnace, the nitrogen gas was pressurized to cause forced convection, and the test piece was cooled to 100°C or lower.

이어서, 시험편을 진공 중 680℃에서 6시간 동안 유지하였다. 이 처리는 템퍼링을 모사한 것이다. 680℃에서 6시간 동안 유지한 후, 로에 질소 가스를 도입하고, 질소 가스를 가압해 강제 대류를 일으켜서 시험편을 100℃ 이하로 냉각하였다.The test piece was then maintained at 680°C in vacuum for 6 hours. This treatment simulates tempering. After maintaining the temperature at 680°C for 6 hours, nitrogen gas was introduced into the furnace, the nitrogen gas was pressurized to cause forced convection, and the test piece was cooled to 100°C or lower.

마지막으로 SA를 수행하였다. 즉, 시험편을 진공 중 900℃에서 1시간 동안 유지하였다. 그 후, 시험편을 진공 중에서 15℃/H로 600℃까지 냉각하였다. 그 후, 로에 질소 가스를 도입하고, 질소 가스를 가압해 강제 대류를 일으켜서 시험편을 100℃ 이하로 냉각하였다.Finally, SA was performed. That is, the test piece was maintained at 900°C in vacuum for 1 hour. Thereafter, the test piece was cooled to 600°C at 15°C/H in vacuum. After that, nitrogen gas was introduced into the furnace, the nitrogen gas was pressurized to cause forced convection, and the test piece was cooled to 100°C or lower.

상기 진공 열처리 단계는 대형의 금형용 강재를 제조하는 단계와 정확히 동일한 것은 아니지만, SA의 가열 온도 및 냉각 속도와 같은, SA성을 평가하기 위한 중요한 조건은 공업적 단계를 모사할 수 있다.Although the vacuum heat treatment step is not exactly the same as the step of manufacturing large-sized mold steel, important conditions for evaluating SA properties, such as SA heating temperature and cooling rate, can simulate industrial steps.

[1.5.2. 경도의 평가][1.5.2. Evaluation of hardness]

SA 후 시험편의 경도를 실온에서 평가하였다. 도 8은 SA 후 시험편의 경도에 대한 Mn/Cr의 영향을 나타낸다. 도 8로부터, SA 후의 경도는 Mn/Cr이 0.150 이하로 설정될 때 98 HRB 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 도 8로부터, SA 후의 경도는 Mn/Cr이 0.145 이하로 설정될 때 97 HRB 이하인 것을 알 수 있다.After SA, the hardness of the test specimen was evaluated at room temperature. Figure 8 shows the effect of Mn/Cr on the hardness of the test specimen after SA. From Figure 8, it can be seen that the hardness after SA is 98 HRB or less when Mn/Cr is set to 0.150 or less. Additionally, from Figure 8, it can be seen that the hardness after SA is 97 HRB or less when Mn/Cr is set to 0.145 or less.

또한, Mn/Cr이 0.145 이하인 경우에는, SA 후의 냉각 속도(890℃부터 600℃까지의 냉각 속도)를 20℃/H로 증가시켜도, SA 후의 경도는 98 HRB 이하로 연화되었다.Additionally, when Mn/Cr was 0.145 or less, even if the cooling rate after SA (cooling rate from 890°C to 600°C) was increased to 20°C/H, the hardness after SA softened to 98 HRB or less.

[1.5.3. Mn의 양 및 Cr의 양의 적정 범위][1.5.3. Appropriate range of amount of Mn and amount of Cr]

이상으로부터, Mn의 양 및 Cr의 양의 적정 범위를 결정했다. 도 9는 Mn의 양 및 Cr의 양의 범위를 나타낸다. 도 9에서 5개의 라인으로 둘러싸인 5각형 영역이 본 발명에 따른 강재의 범위이다.From the above, the appropriate ranges of the amount of Mn and the amount of Cr were determined. Figure 9 shows the ranges of the amount of Mn and the amount of Cr. In Figure 9, the pentagonal area surrounded by five lines is the range of the steel material according to the present invention.

본 발명에서는, Mn의 양, Cr의 양, Mn+Cr의 양 및 Mn/Cr와 같은 파라미터를 도입함으로써, (1) SA성, (3) 퀀칭성 및 (5) 연화 저항성이 높게 유지되는 Mn의 양 및 Cr의 양의 좁은 범위를 발견했다. 또한, 원소의 영향이 상반되는 (1) SA성 및 (3) 퀀칭성 모두, 그리고 원소의 영향이 상반되는 (3) 퀀칭성 및 (5) 연화 저항성 모두를 달성할 수 있었다.In the present invention, by introducing parameters such as the amount of Mn, the amount of Cr, the amount of Mn+Cr, and Mn/Cr, Mn in which (1) SA property, (3) quenching property, and (5) softening resistance are maintained high. A narrow range of amounts of and Cr was found. In addition, it was possible to achieve both (1) SA property and (3) quenching property with opposing effects of elements, and both (3) quenching property and (5) softening resistance with opposing effects of elements.

[1.6. Si량의 하한 및 상한의 검증 시험][1.6. Verification test of lower and upper limits of Si amount]

[1.6.1. SA 상태의 환봉의 제작][1.6.1. Production of round bars in SA state]

이하, Si의 양이 피삭성 및 내히트체크성에 미치는 영향을 검증하였다.Hereinafter, the effect of the amount of Si on machinability and heat check resistance was verified.

강재의 성분(질량%)은 0.31 C-0.81 Mn-0.08 Cu-0.11 Ni-6.19 Cr-1.01 Mo-0.18 V-0.028 Al-0.011 N으로 설정하고, Si의 양을 계통적으로 변화시켰다. 이들 강종을 150 kg의 잉곳으로 주조하였다. 그 후, C량의 검증 시험과 동일한 방법으로, 직경: 82 mm × 길이: 3000 mm 정도의 SA 상태의 강재(환봉)를 제조하였다. 모든 강종은 98 HRB 이하로 연화되었다.The composition (mass%) of the steel was set to 0.31 C-0.81 Mn-0.08 Cu-0.11 Ni-6.19 Cr-1.01 Mo-0.18 V-0.028 Al-0.011 N, and the amount of Si was systematically changed. These steel grades were cast into 150 kg ingots. Afterwards, in the same manner as the verification test for quantity C, a steel material (round bar) in SA state with a diameter of approximately 82 mm × length of approximately 3000 mm was manufactured. All steel grades were softened below 98 HRB.

[1.6.2. 시험 방법][1.6.2. Test Methods]

[A. 퀀칭성의 평가][A. Evaluation of quenching properties]

SA 상태의 환봉으로부터 53 mm × 53 mm × 200 mm 시험편을 제작하였다. 시험편을 절삭 공구로 절삭하고, 절삭 공구의 마모량을 측정하였다. 절삭 공구의 마모량이 300 μm에 도달한 절삭 거리를 공구 수명으로 정의하였다. 절삭 거리가 길수록 퀀칭성이 우수한 것으로 결정하였다.A test piece measuring 53 mm × 53 mm × 200 mm was produced from a round bar in SA state. The test piece was cut with a cutting tool, and the amount of wear of the cutting tool was measured. The cutting distance at which the wear amount of the cutting tool reached 300 μm was defined as the tool life. It was determined that the longer the cutting distance, the better the quenching properties.

[B. 내히트체크성 시험][B. Heat resistance test]

SA 상태의 환봉으로부터 직경: 72 mm×두께:50 mm의 원통형 시험편을 제작하였다. 다음으로, 도 7에서 이용된 충격 시험편(Mn+Cr의 양의 검증 시험)과 동일한 방법으로 원통형 시험편을 퀀칭 및 템퍼링하고, 약 45 HRC로 조질하였다.A cylindrical test piece with a diameter of 72 mm and a thickness of 50 mm was produced from a round bar in the SA state. Next, the cylindrical test piece was quenched and tempered in the same manner as the impact test piece used in Figure 7 (verification test of the amount of Mn+Cr) and tempered to about 45 HRC.

조질된 시험편의 일측 단부면(직경 72mm의 면)에 가열 및 냉각의 온도 사이클을 적용하였다. 580℃로 고주파 가열 및 분사수(jetted water)로 100℃ 이하로 냉각을 1 사이클로 설정하고, 10,000 사이클을 적용하였다.A temperature cycle of heating and cooling was applied to one end face (72 mm diameter face) of the tempered test piece. High-frequency heating to 580°C and cooling to below 100°C with jetted water were set to 1 cycle, and 10,000 cycles were applied.

10,000사이클 후의 시험편을 그 중심 부근에서 수직으로 절단하고, 가열 및 냉각된 면에서 발생된 균열(히트체크)의 깊이를 평가하였다. 내히트체크성은 관찰된 복수의 균열 중에서 깊이의 내림 차순으로 3개의 균열을 선택하고, 3개의 균열의 깊이(이하, "균열 깊이"라고도 함)를 평균하여 평가하였다.The test piece after 10,000 cycles was cut vertically near its center, and the depth of the crack (heat check) generated on the heated and cooled side was evaluated. Heat check resistance was evaluated by selecting three cracks in descending order of depth among the plurality of cracks observed and averaging the depths of the three cracks (hereinafter also referred to as "crack depth").

[1.6.3. 결과][1.6.3. result]

[A. 피삭성 시험][A. machinability test]

도 10은 Si의 양이 피삭성에 미치는 영향을 나타낸다. Si의 양이 0.40 질량% 미만인 경우에는, "불량한 피삭성"을 갖는 것으로 평가되는 기존 강과 공구 수명이 동등한 수준이었다. Si의 양이 0.40 질량% 미만인 경우에는, 피삭성이 불량하고, 절단 작업의 단계 수가 막대하다. 특히, 대형 금형에서는 절삭량이 크기 때문에, 피삭성이 불량하면 공업적인 가공을 달성하기가 어렵다.Figure 10 shows the effect of the amount of Si on machinability. When the amount of Si was less than 0.40% by mass, the tool life was equivalent to that of conventional steel, which was evaluated as having “poor machinability.” When the amount of Si is less than 0.40% by mass, machinability is poor and the number of steps in the cutting operation is enormous. In particular, since the cutting amount is large in large molds, it is difficult to achieve industrial processing if machinability is poor.

도 10으로부터, Si의 양이 0.40 질량% 이상인 경우에는, 공구 수명이 15 m 이상인 것을 알 수 있다. 또한, Si의 양이 0.80 질량% 이상인 경우에는, "매우 양호한 피삭성"을 갖는 것으로 평가되는 SKD61과 동등한 공구 수명을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.From Figure 10, it can be seen that when the amount of Si is 0.40 mass% or more, the tool life is 15 m or more. Additionally, it can be seen that when the amount of Si is 0.80% by mass or more, a tool life equivalent to SKD61, which is evaluated as having “very good machinability,” can be obtained.

[B. 내히트체크성 시험][B. Heat resistance test]

도 11은 Si의 양이 내히트체크성에 미치는 영향을 나타낸다. Si의 양이 0.9 질량%를 초과한 경우에는, 불량한 내히트체크성을 갖는 기존의 강(SKD61 등)과 균열 깊이가 동등한 수준이었다. 대형 금형에서는, 히트체크의 보수가 쉽지 않다는 사실 외에도, 금형에 작용하는 부하도 크고, 따라서 히트체크부터 시작하여 큰 균열이 발생하기 쉽다. 도 11로부터, Si의 양은 0.90 질량% 이하가 바람직한 것을 알 수 있다. Figure 11 shows the effect of the amount of Si on heat check resistance. When the amount of Si exceeded 0.9% by mass, the crack depth was equivalent to that of existing steel (SKD61, etc.) with poor heat check resistance. In large molds, in addition to the fact that it is not easy to repair the heat check, the load acting on the mold is also large, so it is easy for large cracks to occur starting from the heat check. From Figure 11, it can be seen that the amount of Si is preferably 0.90% by mass or less.

[1.7. Mo량의 하한 및 상한의 검증 시험][1.7. Verification test of lower and upper limits of Mo amount]

[1.7.1. SA 상태의 환봉의 제작][1.7.1. Production of round bars in SA state]

이하, Mo의 양이 파괴 인성에 미치는 영향을 검증하였다.Hereinafter, the effect of the amount of Mo on fracture toughness was verified.

강재의 성분(질량%)은 0.28 C-0.48 Si-0.82 Mn-0.07 Cu-0.12 Ni-6.23 Cr-0.18 V-0.026 Al-0.010 N으로 설정하고, Mo의 양을 계통적으로 변화시켰다. 이들 강종을 150 kg의 잉곳으로 주조하였다. 그 후, C량의 검증 시험과 동일한 방법으로, 직경: 82 mm × 길이: 3000 mm 정도의 SA 상태의 강재(환봉)를 제조하였다. 모든 강종은 98 HRB 이하로 연화되었다.The composition (mass%) of the steel was set to 0.28 C-0.48 Si-0.82 Mn-0.07 Cu-0.12 Ni-6.23 Cr-0.18 V-0.026 Al-0.010 N, and the amount of Mo was systematically changed. These steel grades were cast into 150 kg ingots. Afterwards, in the same manner as the verification test for quantity C, a steel material (round bar) in SA state with a diameter of approximately 82 mm × length of approximately 3000 mm was manufactured. All steel grades were softened below 98 HRB.

[1.7.2. 파괴 인성의 측정][1.7.2. Measurement of fracture toughness]

SA 상태의 환봉으로부터 13 mm × 62 mm × 65 mm의 판재(plate material)를 제작하였다. 다음으로, 도 7에서 이용된 충격 시험편(Mn+Cr의 양의 검증 시험)과 동일한 방법으로 판재를 퀀칭 및 템퍼링하고, 약 45 HRC로 조질하였다.A plate material of 13 mm × 62 mm × 65 mm was manufactured from a round bar in SA state. Next, the sheet was quenched and tempered in the same manner as the impact test specimen (verification test of the amount of Mn+Cr) used in Figure 7, and tempered to about 45 HRC.

판재로부터 12.5 mm × 61 mm × 64 mm의 실질적인 형상을 갖는 파괴 인성 시험편(노치 및 2개의 구멍을 갖는 시험편)을 제작하였다. 또한, 실온에서 파괴 인성을 평가하였다.Fracture toughness test specimens (test specimens with a notch and two holes) with a substantial shape of 12.5 mm × 61 mm × 64 mm were fabricated from the sheet. Additionally, fracture toughness was evaluated at room temperature.

[1.7.3. 결과][1.7.3. result]

도 12는 Mo가 파괴 인성에 미치는 영향을 나타낸다. Mo의 양이 너무 적은 경우와 Mo의 양이 너무 많은 경우에는, 모두 파괴 인성값이 감소하였다. 금형에 발생되는 균열의 급격한 진전을 방지하기 위해서는, 파괴 인성이 높을수록 더 좋다. 도 12로부터, Mo의 양이 0.60 질량% 이상 2.00 질량% 이하인 경우, 파괴 인성값이 30 ㎫·m0.5 이상임을 알 수 있다.Figure 12 shows the effect of Mo on fracture toughness. In both cases where the amount of Mo was too small and when the amount of Mo was too large, the fracture toughness value decreased. To prevent rapid growth of cracks in the mold, the higher the fracture toughness, the better. From Figure 12, it can be seen that when the amount of Mo is 0.60 mass% or more and 2.00 mass% or less, the fracture toughness value is 30 MPa·m 0.5 or more.

[2. 대형 잉곳을 이용한 검증 시험][2. [Verification test using large ingot]

[2.1. 개요][2.1. outline]

적정 원소량에 대한 검증 시험에서는, 연구용 소형(150 kg) 잉곳을 이용하여 단면이 작은 강재를 제조하고, 강재로부터 제작된 시험편에 공업적 제조 방법(대형 금형용 강재 및 대형 금형의 제조 방법)을 모사한 열처리를 행하였다. 따라서, 공업적 제조 방법으로 강재를 제조하고 금형으로 만들었을 때의 "3(a) 이외의" 특성을 적절하게 평가할 수 있었다.In the verification test for the appropriate element content, steel with a small cross-section was manufactured using a small (150 kg) ingot for research purposes, and the industrial manufacturing method (steel for large molds and manufacturing method for large molds) was simulated on test pieces made from steel materials. A heat treatment was performed. Therefore, it was possible to appropriately evaluate the properties “other than 3(a)” when the steel was manufactured by an industrial manufacturing method and made into a mold.

한편, 이하의 실시예에서는, 실제로 질량 8톤 이상의 잉곳을 사용하여 본 발명의효과를 확인하였다. 이 경우, 강재를 퀀칭 및 템퍼링하고, 내부의 충격값을 검증하였다. 즉, 상기 "3(a)"를 검증하였다. 이는 적정 원소량에 대한 검증 시험에서 다른 특성의 검증은 완료되었기 때문이다.Meanwhile, in the following examples, the effect of the present invention was confirmed by actually using an ingot with a mass of 8 tons or more. In this case, the steel was quenched and tempered, and the internal impact value was verified. That is, “3(a)” above was verified. This is because the verification of other characteristics has been completed in the verification test for the appropriate element amount.

[2.2. 샘플 제작][2.2. Sample production]

[2.2.1. 블록재의 제작][2.2.1. Production of block materials]

표 1은 특성이 검증된 강(실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 3)의 조성을 나타낸다. 비교예 1은 JIS SKD6(AISI H11)에 상당한다. 비교예 2는 SKD6의 Si-Mn-Cr을 조정한 시판강에 상당하고, SKD6보다 퀀칭성 및 내히트체크성이 우수한 강이다. 비교예 3은 C의 양 및 V의 양이 본 발명의 상한을 초과하는 강이다. 표 1에 기재하지 않았지만, 각 강은 P 등의 불순물 원소를 상기 상한을 초과하지 않는 범위에서 포함하고 있다.Table 1 shows the composition of steel (Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3) whose properties were verified. Comparative Example 1 corresponds to JIS SKD6 (AISI H11). Comparative Example 2 is equivalent to a commercially available steel with the Si-Mn-Cr ratio of SKD6 adjusted, and is a steel with superior quenching properties and heat check resistance than SKD6. Comparative Example 3 is a steel in which the amount of C and the amount of V exceed the upper limit of the present invention. Although not listed in Table 1, each steel contains impurity elements such as P in a range that does not exceed the above upper limit.

이들 강을 약 21톤의 질량을 갖는 잉곳으로 주조하였다. 21톤의 잉곳은 약 10톤의 잉곳보다 응고 속도가 더 낮고, 따라서 조대한 이물이 충격값에 영향을 주기 쉽다. 그러한 불리한 조건 하에서, C의 양 및 V의 양의 타당성을 검증하였다.These steels were cast into ingots with a mass of approximately 21 tons. A 21-ton ingot has a lower solidification rate than an ingot of about 10 tons, so coarse foreign matter is more likely to affect the impact value. Under such unfavorable conditions, the validity of the amount of C and the amount of V was verified.

21톤의 잉곳에 대해 고온에서 장시간 균질화 열처리를 행한 후, 열간 가공에 의해 블록 형상으로 형성하였다. 이 블록재에 노멀라이징, 템퍼링 및 구상화 어닐링을 행하여 최종적으로 740mm × 1060mm × 2440mm (약 15톤의 질량)의 구상화된 어닐링재를 얻었다. 잉곳과 블록재의 질량 차이(약 6톤)는 품질 또는 형상 문제로 제거된 부분의 질량이다.After homogenizing heat treatment at a high temperature for a long time on a 21-ton ingot, it was formed into a block shape by hot processing. Normalizing, tempering, and spheroidizing annealing were performed on this block material to finally obtain a spheroidized annealing material measuring 740 mm × 1060 mm × 2440 mm (mass of approximately 15 tons). The difference in mass between the ingot and the block material (approximately 6 tons) is the mass of the part removed due to quality or shape issues.

강종에 따라 노멀라이징, 템퍼링 및 구상화 어닐링의 적정 조건을 설정하였다. 예컨대, 노멀라이징 및 구상화 어닐링의 가열 온도를 Ac3점 이상의 온도 및 미용해 탄화물이 존재하는 온도로 설정하였다. 또한, 템퍼링 온도는 Ac1점보다 낮게 설정하였다. 미용해 탄화물의 변태점 및 양은 강종에 따라 다르다.Appropriate conditions for normalizing, tempering, and spheroidizing annealing were set depending on the steel type. For example, the heating temperature for normalizing and spheroidizing annealing was set to a temperature above the A c3 point and a temperature at which undissolved carbides exist. Additionally, the tempering temperature was set lower than the A c1 point. The transformation point and amount of undissolved carbides vary depending on the steel type.

[2.2.2. 제2 재료의 제조][2.2.2. Preparation of second material]

조대한 이물이 많은 부분은 응고 속도가 낮은 중심 부근에 있다. 따라서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 블록재(10)(a = 740 mm, b = 1060 mm, c = 2440 mm, w

Figure pat00003
15000 kg)의 c축 방향 단부로부터 제1 재료(12)를 잘라내었다. 다음으로, 제1 재료(12)의 ab면의 실질적인 중심부에서 제2 재료(14)를 잘라내었다. 본 실험에서는 d = 35 mm, e = 95 mm 및 f = 135 mm가 설정되었다.The area with a lot of coarse foreign matter is near the center where the solidification rate is low. Therefore, as shown in Figure 13, the block material 10 (a = 740 mm, b = 1060 mm, c = 2440 mm, w
Figure pat00003
The first material 12 was cut from the c-axis direction end of 15000 kg). Next, the second material 14 was cut from substantially the center of the ab surface of the first material 12. In this experiment, d = 35 mm, e = 95 mm, and f = 135 mm were set.

[2.3. 시험 방법][2.3. Test Methods]

[2.3.1. 경도][2.3.1. Hardness]

제2 재료(14)(95 mm × 135 mm × 35 mm)의 모서리 부분에서 15 mm × 15 mm × 35 mm의 소편(small piece)을 잘라내었다. 소편을 연삭 및 연마하고, 경도 측정이 가능한 평행도 및 표면 거칠기를 갖도록 조정하였다. 이 소편을 이용하여, 실온에서 로크웰 B 스케일 경도를 측정하였다.A small piece of 15 mm × 15 mm × 35 mm was cut from the edge of the second material 14 (95 mm × 135 mm × 35 mm). The small pieces were ground and polished, and adjusted to have parallelism and surface roughness that allow hardness measurement. Using this small piece, the Rockwell B scale hardness was measured at room temperature.

[2.3.2. 충격 시험][2.3.2. Impact test]

제2 재료(14)(95 mm × 135 mm × 35 mm)로부터 12 mm × 12 mm × 55 mm 의 20 개의 각봉을 제작하였다. 얻어진 각봉을 퀀칭하였다. Twenty square bars of 12 mm × 12 mm × 55 mm were produced from the second material 14 (95 mm × 135 mm × 35 mm). The obtained rods were quenched.

실시예 1 내지 13 및 비교예 3에서는, 각봉을 진공 중 950℃에서 1시간 동안 유지한 후, 퀀칭하였다. 퀀칭 시의 냉각 속도는 950℃에서 750℃까지 8℃/분, 750℃에서 500℃까지 5℃/분, 그리고 500℃에서 200℃까지 0.5℃/분이었고, 200℃에서 100℃ 이하까지의 냉각 속도는 특별히 제어하지 않았다.In Examples 1 to 13 and Comparative Example 3, each rod was maintained at 950° C. in a vacuum for 1 hour and then quenched. The cooling rate during quenching was 8℃/min from 950℃ to 750℃, 5℃/min from 750℃ to 500℃, and 0.5℃/min from 500℃ to 200℃, and cooling from 200℃ to below 100℃. Speed was not specifically controlled.

비교예 1 및 2에서는, 각봉을 진공 중 1030℃에서 1시간 동안 유지한 후, 퀀칭하였다. 퀀칭시의 냉각 속도는 1030℃에서 750℃까지 8℃/분이었고, 750℃ 이하에서의 냉각 속도는 실시예 1 내지 13과 동일하였다.In Comparative Examples 1 and 2, each rod was maintained at 1030° C. in a vacuum for 1 hour and then quenched. The cooling rate during quenching was 8°C/min from 1030°C to 750°C, and the cooling rate below 750°C was the same as in Examples 1 to 13.

상기 퀀칭 단계는 2000 kg 이상의 대형 금형을 퀀칭하는 경우에 냉각 속도가 가장 낮은 내부를 가정한 예들 중 하나이다. 온도가 200℃에 도달하면 상변태는 실질적으로 완료되기 때문에, 200℃에서 100℃ 이하까지의 냉각 속도는 특별히 제어하지 않았다.The quenching step is one of the examples assuming the interior with the lowest cooling rate when quenching a large mold weighing 2000 kg or more. Since the phase transformation is substantially complete when the temperature reaches 200°C, the cooling rate from 200°C to 100°C or lower was not specifically controlled.

이어서, 각봉을 560℃에서 2시간 동안 유지한 후 100℃ 이하로 냉각함으로써 템퍼링을 수행하였다. 또한, 각봉을 560℃ 내지 600℃로 유지한 후 100℃ 이하로 냉각함으로써, 각봉에 대하여 추가로 템퍼링을 수행하였다. 이 추가 템퍼링은 1회 이상 수행하였으며, 각봉을 44.5 HRC 내지 45.5 HRC로 조질하였다. 유지의 온도 및 시간, 처리 횟수는 강종에 따라 변경하였다. 이는 합금 원소의 함량이 달라지는 경우에는 연화 저항성이 달라지기 때문이다.Subsequently, tempering was performed by maintaining the rod at 560°C for 2 hours and then cooling it to 100°C or lower. In addition, additional tempering was performed on the square bars by maintaining them at 560°C to 600°C and then cooling them to 100°C or lower. This additional tempering was performed more than once, and each bar was tempered to 44.5 HRC to 45.5 HRC. The temperature, time, and number of treatments for maintenance were changed depending on the steel type. This is because softening resistance changes when the content of alloy elements changes.

약 45 HRC로 조질된 20개의 각봉으로부터 20개의 충격 시험편을 제작하였다. 또한, 충격 시험을 15℃ 내지 35℃에서 수행하였다.Twenty impact test specimens were produced from 20 square bars tempered to approximately 45 HRC. Additionally, impact tests were performed at 15°C to 35°C.

[2.3.3. 구오스테나이트 결정립 크기][2.3.3. Old austenite grain size]

충격 시험 후 시험편을 부식시켜 구오스테나이트 결정립계를 노출시켰다. 또한, 금속 조직을 현미경으로 관찰하여 구오스테나이트 결정립 크기를 측정하였다.After the impact test, the test specimen was corroded to expose the old austenite grain boundaries. In addition, the metal structure was observed under a microscope and the old austenite grain size was measured.

[2.4. 결과][2.4. result]

[2.4.1. 경도][2.4.1. Hardness]

실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 3 모두에서, SA 후 경도는 98 HRB 이하였다. Mn/Cr ≤ 0.150인 경우, 구상화 어닐링에 의해 강이 충분히 연화되었음을 재확인하였다.In both Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 3, the hardness after SA was 98 HRB or less. In the case of Mn/Cr ≤ 0.150, it was confirmed again that the steel was sufficiently softened by nodular annealing.

[2.4.2. 충격 시험][2.4.2. Impact test]

표 2는 평균 충격값, 충격값이 20[J/㎠] 미만인 시험편의 개수 및 저충격값률을 나타낸다. 실시예 1 내지 13의 모두에서, 평균 충격값은 25[J/㎠] 이상이었고, 저충격값률은 30% 이하였다. 실시예 1 내지 13에서는, 높은 퀀칭성(다량의 Mn+Cr)에 더하여, C의 양 및 V의 양이 적기 때문에, 조대한 이물의 양이 적다. 그 결과, 응고 속도가 낮은 큰 단면 재료(large-cross-section material)의 중심 부근에서 잘라낸 재료에 느린 퀀칭을 행하더라도, 충격값이 높은 수준에서 안정적이었다. 그러나, C 또는 V로부터 유래하는 조대한 이물이 완전히 결여되지 않고, C 또는 V를 포함하지 않는 이물도 존재하기 때문에, 충격값이 20[J/㎠] 미만인 시험편이 낮은 확률로 생성되었다.Table 2 shows the average impact value, the number of test specimens with an impact value of less than 20 [J/cm2], and the low impact value rate. In all of Examples 1 to 13, the average impact value was 25 [J/cm2] or more, and the low impact value rate was 30% or less. In Examples 1 to 13, in addition to high quenchability (large amount of Mn+Cr), the amount of C and V are small, so the amount of coarse foreign matter is small. As a result, impact values were stable at high levels, even with slow quenching of material cut near the center of a large-cross-section material with a low solidification rate. However, because coarse foreign matter derived from C or V was not completely absent, and foreign matter not containing C or V was also present, test specimens with an impact value of less than 20 [J/cm2] were produced with a low probability.

한편, 비교예 1 내지 3에서는, 평균 충격값이 25[J/㎠] 미만이었고, 저충격값률이 30%를 초과하였다. 비교예 1 내지 3에서는, 낮은 퀀칭성(소량의 Mn+Cr)에 더하여, C의 양 및 V의 양이 크기 때문에, 조대한 이물의 양이 증가하였다. 그 결과, 응고 속도가 낮은 큰 단면 재료의 중심 부근에서 잘라낸 재료에 느린 퀀칭을 행할 경우 충격값이 감소하였다.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, the average impact value was less than 25 [J/cm2], and the low impact value rate exceeded 30%. In Comparative Examples 1 to 3, in addition to low quenchability (small amount of Mn+Cr), the amount of C and V were large, so the amount of coarse foreign matter increased. As a result, the impact value was reduced when slow quenching was performed on material cut from near the center of large cross-section material with a low solidification rate.

비교예 3은 실시예 1 내지 13에 비해 C의 양 및 V의 양을 증가시킨 강이다. 따라서, 비교예 3에서는, 퀀칭성이 높지만, 조대한 이물의 양이 증가하였다. 그 결과, 비교예 3의 충격값은 실시예 1 내지 13보다 작았다. 즉, 큰 단면 재료의 경우에는, 퀀칭성만으로 충격값을 평가할 수 없음이 분명하고, C의 양 및 V의 양을 감소시키는 것의 중요성을 확인할 수 있었다.Comparative Example 3 is a steel in which the amount of C and the amount of V were increased compared to Examples 1 to 13. Therefore, in Comparative Example 3, although quenching properties were high, the amount of coarse foreign matter increased. As a result, the impact value of Comparative Example 3 was smaller than that of Examples 1 to 13. That is, in the case of large cross-section materials, it is clear that the impact value cannot be evaluated based on quenchability alone, and the importance of reducing the amount of C and V can be confirmed.

[2.4.3. 구오스테나이트 결정립 크기][2.4.3. Old austenite grain size]

실시예 1 내지 13 및 비교예 3에서, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 30㎛ 내지 120㎛였다. 한편, 비교예 1 및 2에서, 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은 25㎛ 내지 75㎛였다. 즉, 어느 강종도 충격값에 악영향을 미치는 조대한 입자 조직(평균 입자 크기가 150㎛를 초과하는 조직)을 갖지 않았다.In Examples 1 to 13 and Comparative Example 3, the average value of the old austenite grain size was 30 μm to 120 μm. Meanwhile, in Comparative Examples 1 and 2, the average value of the old austenite grain size was 25㎛ to 75㎛. That is, none of the steel types had a coarse grain structure (a structure with an average grain size exceeding 150 μm) that adversely affected the impact value.

실시예 1 내지 13에서는, C의 양 및 V의 양이 적기 때문에, 결정립이 조대화되기 쉽다. 그러나, Al의 양 및 N의 양을 최적화하고, 퀀칭 온도를 최적화함으로써, 결정립의 조대화를 방지할 수 있었다. 이러한 점은 실시예 1 내지 13의 충격값을 높은 수준으로 안정화시키는데도 기여하는 것으로 생각된다. 그러나, 실시예 1 내지 13에서 구오스테나이트 결정립 크기의 평균값은, 도 7의 평가에 사용된 샘플(150 kg의 잉곳으로부터 제조된 샘플)보다 큰 경향이 있었다.In Examples 1 to 13, the amounts of C and V were small, so the crystal grains were likely to become coarse. However, by optimizing the amount of Al and N, and quenching temperature, coarsening of crystal grains could be prevented. This is thought to contribute to stabilizing the impact values of Examples 1 to 13 at a high level. However, the average value of the prior austenite grain size in Examples 1 to 13 tended to be larger than that of the sample used in the evaluation of FIG. 7 (sample prepared from a 150 kg ingot).

[3. 범용성][3. Versatility]

전술한 것처럼, 다이캐스팅 금형을 가정하여 검증이 이루어졌으나, 본 발명은 다이캐스팅뿐만 아니라 다양한 형태의 주조에 사용되는 금형 및 부품에도 적용될 수 있다. 주조뿐만 아니라, 본 발명은 단조, 핫스탬핑, 압출, 수지의 사출 성형, 수지의 블로우 성형, 고무 또는 섬유-강화 플라스틱의 성형 또는 가공 등에 사용되는 금형 및 부품에도 적용될 수 있다.As described above, the verification was conducted assuming a die casting mold, but the present invention can be applied to molds and parts used in various types of casting as well as die casting. In addition to casting, the present invention can also be applied to molds and parts used for forging, hot stamping, extrusion, injection molding of resin, blow molding of resin, molding or processing of rubber or fiber-reinforced plastic, etc.

상기 검증에서는, 강재를 950℃에서부터 퀀칭하고, 560℃ 내지 600℃에서 템퍼링하고, 약 45 HRC로 조질하여 특성을 평가하였으나, 용도에 따라서 넓은 범위의 퀀칭 및 템퍼링 온도에서 넓은 범위의 경도로 조정된 강재를 금형 및 부품에 적용할 수 있다.In the above verification, the steel was quenched from 950°C, tempered at 560°C to 600°C, and tempered to about 45 HRC to evaluate the properties. However, the steel was adjusted to a wide range of hardness at a wide range of quenching and tempering temperatures depending on the application. Steel can be applied to molds and parts.

특성의 검증에에서는, 용융 블록재를 사용하였으나, 본 발명에 따른 강재는 분말, 봉재(bar material), 선재(wire material) 또는 판재로도 사용될 수 있다.In the verification of properties, molten block material was used, but the steel material according to the present invention can also be used as powder, bar material, wire material, or plate material.

예컨대, 본 발명에 따른 강재를 분말로서 이용하는 경우, 본 발명은 적층 조형(선택적 레이저 용융(SLM)법, 레이저 금속 증착(LMD)법 등) 및 플라즈마 분말 용접(PPW) 등 다양한 순차 성형(sequential forming)에 적용할 수 있다.For example, when using the steel according to the present invention as a powder, the present invention can be used in various sequential forming methods such as additive manufacturing (selective laser melting (SLM) method, laser metal deposition (LMD) method, etc.) and plasma powder welding (PPW). ) can be applied.

본 발명에 따른 강재를 용융 봉재로서 이용하는 경우, 강재로부터 금형 또는 부품을 제조할 수 있다. 다른 방법으로, 본 발명에 따른 강재를 용융 봉재 또는 선재로서 이용하는 경우, TIG 용접 또는 레이저 용접을 이용한 용접 적층 조형 또는 보수(repair)에 강재를 적용할 수 있다.When the steel according to the present invention is used as a molten bar, a mold or part can be manufactured from the steel. Alternatively, when the steel according to the present invention is used as a molten bar or wire, the steel can be applied to welded additive manufacturing or repair using TIG welding or laser welding.

본 발명에 따른 강재를 판재로서 이용하는 경우, 강재를 접합하여 금형 또는 부품을 제작할 수도 있다. 물론, 본 발명에 따른 강재로 이루어진 부재를 접합하여 금형 또는 부품을 제작할 수도 있다.When using the steel material according to the present invention as a plate material, a mold or part can be manufactured by joining the steel materials. Of course, a mold or part can also be manufactured by joining members made of steel according to the present invention.

전술한 것처럼, 본 발명에 따른 강재는 다양한 형상을 갖는 부재에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 강재로 이루어진 다양한 형상을 갖는 재료로부터 다양한 방법을 이용하여 금형 또는 부품을 제작하거나 보수하는 것이 가능하다.As described above, the steel material according to the present invention can be applied to members having various shapes. It is possible to manufacture or repair molds or parts using various methods from materials having various shapes made of steel according to the present invention.

본 발명의 실시형태에 대해서 상기한 바와 같이 상술하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다.Although the embodiment of the present invention has been described in detail as above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention.

본 출원은 2022년 9월 22일에 출원된 일본특허출원 제2022-151231호에 기초하고 있으며, 그 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.This application is based on Japanese Patent Application No. 2022-151231 filed on September 22, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명에 따른 강재는 주조, 단조, 핫스탬핑, 압출, 사출 성형 및 블로우 성형 등의 다양한 가공에 사용되는 금형 또는 그 부품으로서 사용될 수 있다.The steel material according to the present invention can be used as a mold or its parts for various processing such as casting, forging, hot stamping, extrusion, injection molding, and blow molding.

Claims (4)

0.25질량% ≤ C ≤ 0.37질량%;
0.08질량% ≤ V ≤ 0.28질량%;
6.60질량% ≤ Mn + Cr ≤ 7.40질량%;
Mn / Cr ≤ 0.150;
Mn ≥ 0.60질량%;
Cr ≤ 6.60질량%;
Cu + Ni ≤ 0.84질량%;
0.40질량% ≤ Si ≤ 0.90질량%;
0.60질량% ≤ Mo ≤ 2.00질량%;
0.001질량% ≤ Al ≤ 0.080질량%; 및
0.003질량% ≤ N ≤ 0.040질량%
를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진 강재.
0.25% by mass ≤ C ≤ 0.37% by mass;
0.08 mass% ≤ V ≤ 0.28 mass%;
6.60% by mass ≤ Mn + Cr ≤ 7.40% by mass;
Mn/Cr≤0.150;
Mn ≥ 0.60% by mass;
Cr ≤ 6.60% by mass;
Cu + Ni ≤ 0.84% by mass;
0.40 mass% ≤ Si ≤ 0.90 mass%;
0.60% by mass ≤ Mo ≤ 2.00% by mass;
0.001 mass% ≤ Al ≤ 0.080 mass%; and
0.003 mass% ≤ N ≤ 0.040 mass%
A steel material containing, and the remainder consisting of Fe and inevitable impurities.
제1항에 있어서,
추가로, A군, B군, C군 및 D군으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 군을 포함하는 강재.
여기서, A군은, 0.30 질량% < W ≤ 2.00 질량% 및 0.30 질량% < Co ≤ 1.00 질량%로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소이고,
B군은 0.0002 질량% < B ≤ 0.0080 질량%이고,
C군은, 0.006 질량% < S ≤ 0.180 질량%, 0.0005 질량% < Ca ≤ 0.0500 질량%, 0.03 질량% < Se ≤ 0.50 질량%, 0.005 질량% < Te ≤ 0.100 질량%, 0.01 질량% < Bi ≤ 0.50 질량% 및 0.03 질량% < Pb ≤ 0.50 질량%로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이고,
D군은, 0.004 질량% < Nb ≤ 0.100 질량%, 0.004 질량% < Ta ≤ 0.100 질량%, 0.004 질량% < Ti ≤ 0.100 질량% 및 0.004 질량% < Zr ≤ 0.100 질량%로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이다.
According to paragraph 1,
Additionally, a steel comprising at least one group selected from the group consisting of group A, group B, group C and group D.
Here, group A is at least one element selected from the group consisting of 0.30 mass% < W ≤ 2.00 mass% and 0.30 mass% < Co ≤ 1.00 mass%,
Group B is 0.0002 mass% < B ≤ 0.0080 mass%,
Group C is 0.006 mass% < S ≤ 0.180 mass%, 0.0005 mass% < Ca ≤ 0.0500 mass%, 0.03 mass% < Se ≤ 0.50 mass%, 0.005 mass% < Te ≤ 0.100 mass%, 0.01 mass% < Bi ≤ It is at least one element selected from the group consisting of 0.50 mass% and 0.03 mass% < Pb ≤ 0.50 mass%,
Group D is at least selected from the group consisting of 0.004 mass% < Nb ≤ 0.100 mass%, 0.004 mass% < Ta ≤ 0.100 mass%, 0.004 mass% < Ti ≤ 0.100 mass% and 0.004 mass% < Zr ≤ 0.100 mass%. It is one element.
제1항 또는 제2항에 있어서,
질량이 3000 kg 이상이고, 종방향 치수(L1), 횡방향 치수(L2) 및 높이 치수(L3) 중 최소인 치수(Lmin)가 300 mm 이상인 강재.
According to claim 1 or 2,
Steel with a mass of 3000 kg or more and the minimum of the longitudinal dimension (L 1 ), transverse dimension (L 2 ), and height dimension (L 3 ) (L min ) is 300 mm or more.
제1항에 따른 강재로부터 제조되고 질량이 2000 kg 이상인 금형.Molds manufactured from steel according to claim 1 and having a mass of 2000 kg or more.
KR1020230126784A 2022-09-22 2023-09-22 Steel material and mold KR20240041265A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2022-151231 2022-09-22
JP2022151231A JP2024046069A (en) 2022-09-22 2022-09-22 Steel and molds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240041265A true KR20240041265A (en) 2024-03-29

Family

ID=88098349

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230126784A KR20240041265A (en) 2022-09-22 2023-09-22 Steel material and mold

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240102140A1 (en)
EP (1) EP4343007A1 (en)
JP (1) JP2024046069A (en)
KR (1) KR20240041265A (en)
CN (1) CN117737609A (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011001572A (en) 2009-06-16 2011-01-06 Daido Steel Co Ltd Tool steel for hot work and steel product using the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3838928B2 (en) * 2002-03-11 2006-10-25 日本高周波鋼業株式会社 Hot work tool steel
KR20140110720A (en) * 2013-03-08 2014-09-17 두산중공업 주식회사 Mold steel for die casting and hot stamping having the high thermal conductivity and method thereof
US10988823B2 (en) * 2017-03-28 2021-04-27 Daido Steel Co., Ltd. Annealed steel material and method for manufacturing the same
JP2022151231A (en) 2021-03-26 2022-10-07 太陽誘電株式会社 Ceramic electronic component and manufacturing method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011001572A (en) 2009-06-16 2011-01-06 Daido Steel Co Ltd Tool steel for hot work and steel product using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024046069A (en) 2024-04-03
US20240102140A1 (en) 2024-03-28
EP4343007A1 (en) 2024-03-27
CN117737609A (en) 2024-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102017553B1 (en) Mold steel for long life cycle die casting having high hardenability and superior nitriding property
KR101928106B1 (en) Steel for molding die having excellent thermal conductivity, mirror polishing properties and toughness
JP2008121032A (en) Die steel superior in spheroidizing annealing property and hardenability
KR20180109763A (en) Annealed steel material and method for manufacturing the same
KR20060125467A (en) Steel for a plastic molding die
JP2008056982A (en) Die steel having excellent thermal fatigue property
JP2009242820A (en) Steel, steel for die and die using the same
JP7144719B2 (en) Pre-hardened steel materials, molds and mold parts
KR100511652B1 (en) Steel excellent in suitability for forging and cutting
JP2009013465A (en) Tool steel, member for forming using the same, and method for verifying quality of tool steel
US11319621B2 (en) Steel for mold, and mold
JP6337524B2 (en) Steel for mold
JP2009242819A (en) Steel, steel for die and die using the same
KR20220158638A (en) Steel material and steel product using the same
KR20240041265A (en) Steel material and mold
KR101007417B1 (en) Hot working die steel for die-casting
KR102624897B1 (en) Steel for a mold
US20240133005A1 (en) Steel material and mold
JP2024060363A (en) Steel and molds
KR101691970B1 (en) Forged part, method for producing same, and connecting rod